高温复合隔离膜改善锂离子电池安全性的研究

电池耐高温耐低温相关材料电池是我们日常生活中常用的电源之一，但在不同温度下其性能可能会受到影响。

因此，电池的耐高温和耐低温性能对其使用寿命和性能表现起着至关重要的作用。

本文将从材料角度探讨电池的耐高温和耐低温性能。

一、电池的耐高温性能高温环境下，电池内部化学反应加速，电池内部温度上升，会导致电池容量减小、寿命缩短、内阻增加等问题。

为了提高电池的耐高温性能，需要选择合适的材料。

1.正极材料正极材料是电池中的主要反应物质，其性能直接影响电池的性能。

在高温环境下，正极材料需要具有稳定的电化学性能和较高的热稳定性。

目前，锂离子电池的正极材料主要有三种：钴酸锂、三元材料和磷酸铁锂。

其中，磷酸铁锂因其较高的热稳定性和安全性，成为了高温环境下的首选。

2.隔膜材料隔膜材料是电池中正极和负极之间的隔离层，其性能直接影响电池的安全性能。

在高温环境下，隔膜材料需要具有较高的热稳定性和较好的阻燃性能。

目前，市场上大多数锂离子电池的隔膜材料都采用了聚丙烯膜，但其在高温环境下的安全性能有待提高。

3.电解液电解液是电池中的导电介质，其性能直接影响电池的容量和寿命。

在高温环境下，电解液需要具有较高的热稳定性和较好的防燃性能。

目前，市场上大多数锂离子电池的电解液都采用了有机溶液，但其在高温环境下的安全性能有待提高。

二、电池的耐低温性能低温环境下，电池内部化学反应减缓，电池内部温度下降，会导致电池容量减小、放电电压降低等问题。

为了提高电池的耐低温性能，需要选择合适的材料。

1.正极材料在低温环境下，正极材料需要具有较高的导电性能和较好的活性，以保证电池的容量和放电电压。

目前，市场上大多数锂离子电池的正极材料都采用了钴酸锂、三元材料和磷酸铁锂，其中三元材料具有较好的低温性能。

2.隔膜材料在低温环境下，隔膜材料需要具有较好的低温导电性能和较好的阻燃性能，以保证电池的安全性能。

目前，市场上大多数锂离子电池的隔膜材料都采用了聚丙烯膜，但其低温导电性能有待提高。

锂电池隔膜的研究与进展摘要:隔膜位于正极与负极之间，当电池工作时其应具有以下作用（1）隔离正负极，防止电极活性物质接触引起短路;（2）具有较好的持液能力，电化学反应时，形成离子通道。

本文以化学和材料结构为类别，综述了不同种类锂电池隔膜的制备方法和研究现状，并对隔膜未来的发展趋势做了展望。

关键词: 锂电池、隔膜、微孔膜、无纺布、无机复合膜。

在锂离子电池正极与负极之间有一层膜材料，通常称为隔膜，它是锂离子电池的重要组成部分。

隔膜应具有两种基本功能：隔离正负电极，防止电池内短路。

能被电解液润湿形成离子迁移的通道。

在实际应用还应具备以下特征[1-4]：(1)电子的绝缘性；（2）高的电导率；（3）好的机械性能，可以进行机械制造处理；（4）厚度均匀；（5）受热时尺寸稳定变形量要小。

电池隔膜根据结构和组成可以分为不同的类型，目前比较常见的主要三种[1-4]（1）多孔聚合物膜。

是指通过机械方法、热致相分离法、浸没沉淀法等方法制备的孔均匀分布的膜。

（2）无纺布隔膜。

由定向的或随机的纤维而构成，通常会将其与有机物或陶瓷凝胶复合，以期得到具有优良化学与物理性质的隔膜。

（3）无机复合膜。

多采用无机纳米颗粒与高聚物复合得到。

本文针对锂电池性能和安全性对隔膜孔隙率、浸润性、热安全温度等方面的要求,对隔膜的制备改性方法进行了比较详细的评述与比较,以期为相关领域的研究者提供可借鉴的资料。

1 多孔聚合物膜1.1 PE/PP微孔膜PE与PP微孔膜的制备常采用的方法有两种，干法（熔融挤出法)和湿法( 热致相分离法)。

干法制备的原理是采用熔融挤出制备出低结晶度高取向的聚烯烃隔膜，经过高温退火处理提高结晶度、低温拉伸形成缺陷、高温拉伸将缺陷放大，最终形成具有多孔性的隔膜［5］。

湿法是将液态烃或小分子物质与聚烯烃树脂的共混物，经过加热熔融共混、降温发生相分离、双向拉伸制成薄膜、用易挥发物质萃取溶剂，从而制备出具备相互贯通的微孔膜[6]。

商用隔膜多为PE、PP单层膜，PE/PP双层膜，PP/PE/PP 三层隔膜（见图1）。

全生命周期的锂离子动力电池的安全性能研究从2014年起我国的锂离子电动车在数量上呈现爆发式增长,在能量密度上成倍增加。

作为一种能量密度较高的化学电源,锂离子电池本身具有一定安全风险,且随着能量密度的不断提高,风险不断上升。

目前针对锂离子电池安全性能的研究大多数集中在新鲜电池上,对锂离子电池使用过程中的安全性能研究的非常的少,而使用过程中的锂离子电池的安全性关乎着人们的生命财产,因而研究锂离子电池全生命周期(容量保持率不低于80%)内的安全性能对其使用中的安全性监测有重大的指导意义。

本论文主要从四个方面研究了正极为三元材料、负极为石墨的车载电池的全生命周期内的以及循环至容量保持率为80%的安全性能,同时分析了电池的安全影响因素。

(1)首先将循环600周后容量保持率90%的电芯按照国标GBT/31485要求进行安全测试,从测试结果可以看出,其电芯的整体通过率相比于分容后电芯有所提高。

而循环至520周后容量保持率80%的电芯,析锂面积较大。

其电芯与分容后的相比,在针刺、过充测试的通过率有所提升,但在加热、短路测试的通过率有所下降。

(2)其次为了探究电芯安全优劣化机理,接下来对循环后电芯拆解分析。

循环600周后量保持率90%的电芯,在短路、过充测试中通过的一个重要原因是在充放电循环时固体电解质界面(SEI)膜增厚,造成极片电阻增加,从而使针刺时的短路电阻增大、过充时更容易极化到上限电压。

循环520周后量保持率80%的电芯的电芯容量快速衰减的原因是由于在循环过程中出现了大面积析锂,造成了锂的损失。

其电池在加热、短路测试通过率降低的原因是大量析锂造成了电芯热稳定性下降。

(3)由于电池在循环的后期很容易析锂,存在着电池内短路的风险,因而进一步探究了析锂对电芯安全的影响。

对80%容量保持率的电芯负极的析锂区与正常区分别做XPS测试分析,其试验结果证明负极析出的锂已变成了锂的化合物,因而造成正负极短路安全风险较小。

宽温域锂离子电池功能电解液的研究进展摘要：分析锂离子电池在低温工作条件下的性能劣化机理，阐述溶剂物理性质对电解液低温性能的影响规律，总结目前通过低黏度及低熔点的溶剂组分、低阻抗的成膜添加剂以及新型锂盐来改善电池低温性能的研究工作。

同时探讨锂离子电池在高温工作条件下容量衰减机制，综述目前改善锂离子电池高温性能的主要方法，包括采用高温成膜添加剂、耐高温锂盐以及锂盐稳定剂。

在此基础上指出目前宽温域锂离子电池发展面临的主要挑战，展望锂离子宽温域电解液的发展趋势。

关键词：锂离子电池；宽温域电解液；低温性能；高温性能；添加剂20世纪90年代初，日本索尼公司率先推出钴酸锂/石墨锂离子电池[1]。

如今，锂离子电池虽然在小型移动电源领域(如手机、笔记本电脑、数码相机)已获得广泛的应用，但其对低温和高温环境的耐受性仍然无法满足极端条件下的应用要求[2 3]。

当温度过低时，电解液的电导率会大大的降低、SEI膜阻抗增大，锂离子在电极中的传递阻抗也会增大。

温度较高时，电极又极容易与电解液发生各种复杂的界面反应，如正极材料的氧化和SEI膜成分的变化等。

如果温度继续增高，电池内部的剧烈反应将导致热失控，从而引发安全问题。

本文将从改善电池低温性能及提高电池高温性能两方面综述宽温域锂离子电池电解液的研究进展及未来发展趋势。

1 低温电解液的研究进展锂离子电池低温电解液的性能主要受限于3方面。

首先，常用的EC基电解液在低温条件下黏度增大甚至凝固，使得电解液离子电导率变差；其次，低温下电极界面膜(SEI)电荷迁移阻抗增加，使充放电过程电极极化加大；再次，在低温下条件下，锂离子电池在恒流充电的后期易产生析锂现象，导致SEI膜状况恶化，电池循环性能变差。

因此，改善锂离子电池低温性能的研究主要从以下几个方面入手：1）溶剂成分优化。

2) 锂盐优化。

3) 低温添加剂。

1.1低温溶剂的研究根据电解液的性能要求，理想的锂离子电池电解液低温共溶剂应具有以下条件：1)熔点低(Tm)，沸点高(Tb)，蒸气压低，在提高低温性能的同时尽量不对电池高温性能产生不利影响；2)具有较低的黏度(η)及较高的介电常数(ε)，从而使电导率高，有利于锂离子传输。

锂离子电池隔膜的研究进展一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护压力的加大，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存与转换装置，在电动汽车、便携式电子产品以及可再生能源系统等领域的应用越来越广泛。

而作为锂离子电池中的关键组件之一，隔膜的性能对电池的安全性和电化学性能具有重要影响。

因此，对锂离子电池隔膜的研究进展进行综述，对于推动锂离子电池技术的进一步发展具有重要意义。

本文首先介绍了锂离子电池隔膜的基本结构和功能，阐述了隔膜在电池中的作用及其重要性。

然后，重点回顾了近年来锂离子电池隔膜在材料、结构和制备工艺等方面的研究进展，包括无机隔膜、有机隔膜和复合隔膜等不同类型的隔膜材料，以及纳米技术、表面改性等先进制备工艺的应用。

本文还讨论了锂离子电池隔膜研究面临的主要挑战和未来发展趋势，如提高隔膜的机械强度、热稳定性和离子透过性等。

通过综述锂离子电池隔膜的研究进展，本文旨在为相关领域的研究人员提供全面的参考和借鉴，促进锂离子电池技术的不断创新和发展，为推动可持续能源利用和环境保护做出贡献。

锂离子电池隔膜是电池内部的一种关键组件，其主要功能是在正负极之间提供一个物理屏障，防止电池在工作过程中发生短路和燃爆。

隔膜还需要允许电解液中的离子通过，以保证电池的正常充放电过程。

隔膜的材料通常需要具备良好的化学稳定性、高的机械强度、优秀的热稳定性和低的离子电阻。

目前，商业化的锂离子电池隔膜主要由聚烯烃材料（如聚乙烯、聚丙烯）制成，这些材料在电解液中具有良好的化学稳定性。

一些先进的隔膜还采用了多层结构、纳米涂层、陶瓷涂覆等技术，以提高其性能。

隔膜的性能对锂离子电池的性能有重要影响。

理想的隔膜应该具有高的孔隙率、合适的孔径和孔径分布，以提供足够的离子通道。

同时，隔膜的厚度、机械强度、热稳定性等也需要与电池的其他组件相匹配，以保证电池的安全性和长寿命。

近年来，随着锂离子电池在电动汽车、储能系统等领域的大规模应用，对隔膜的性能要求也越来越高。

浙江大学徐志康教授团队：发展了具有不对称孔结构的高安全性复合锂离子电池隔膜2018-08-16锂离子电池凭借其高能量密度、长寿命和无记忆效应等优点已被广泛地应用于各种便携式电子设备和动力装置。

锂离子电池的安全性，尤其是在高温工作条件下的运行稳定性，是电池应用的关键指标之一，正日益受到广大研究者的关注。

在锂离子电池的结构中，多孔隔膜起到物理分隔正负极的作用，并且为锂离子传输提供通道，对电池的充放电性能及安全性至关重要。

一般认为，大孔径隔膜有利于提高电导率，从而改善电池的初始放电容量和倍率放电性能；另一方面，较小的孔径可以有效阻止锂枝晶的生长以及电解液的流失，在提高电池的安全性能方面更具优势。

因此，如何简单、有效地制备具有多层次孔结构的电池隔膜，成为同步提升电池性能和安全性的关键。

最近，浙江大学徐志康教授课题组在Elsevier旗下Composites Communications期刊发表了题为AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF“Sandwich-Structured Composite Separators with an Anisotropic Pore Architecture for Highly Safe Li-ion Batteries”的研究论文，报道了一种具有不对称孔结构的复合锂离子电池隔膜(SSCS)的制备新方法。

在课题组前期发展的热致相分离法(TIPS)制备梯度孔分离膜(Chinese J. Polym. Sci., 2016, 34, 1423−1435)的基础上，该工作将聚偏氟乙烯(PVDF)与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)无纺布进行复合，利用TIPS过程中成膜液内部和表面冷却速率的差异(图1a)，得到了表面小孔、内部大孔的不对称孔结构(图1b，1c)。

这种特殊结构使得隔膜具有较高的储液量和较小的漏液率。

另外，无纺布夹心层的存在提高了隔膜的热稳定性，高温下不易变形(图2a)。

锂离子电池隔膜现状及发展趋势摘要：随着科技的进步，锂离子电池技术和相关材料也得到迅速发展，提高了锂离子电池的性能，扩大了锂离子电池的应用范围，特别是在混合动力公交车、电动汽车、航空航天、人造卫星和储能等领域得到普遍应用。

随着社会生产和人们生活对锂离子电池需求量的日益增大，其锂离子电池核心组成部分之一的隔膜要求也越来越高。

开发高性能、低成本电池隔膜始终是锂离子电池领域的重要研究方向之一。

关键词：锂离子电池隔膜；研究现状；发展趋势1.锂离子电池隔膜性能要求隔膜在锂离子电池中的主要作用为隔离正负电极，防止电池内部短路；并提供锂离子迁移的良好通道，保证电化学反应顺利进行。

因此作为锂离子电池的“第三电极”，决定了电池的界面结构、电解质的保持性和电池的内阻等，进而影响电池的容量、循环性能、充放电效率及安全性等关键特性，其应具备如下性能要求。

1.1锂离子透过性隔膜的离子透过性受到孔径、孔径分布、孔隙率、孔曲折度等结构因素的综合影响。

目前商品化的锂离子电池隔膜孔径一般在0．03～0．05或0．09～0．12，最大孔径和平均孔径差应低于0.01，孔隙率为40%～50%。

1.2机械强度隔膜应具备良好的抗张强度和抗刺穿强度，防止电池在长期充放电循环运行中其强度衰减以及电极材料在电池内部形成枝晶，保证其良好的结构稳定性和安全性。

1.3热稳定性锂离子电池在充放电过程中产生热量，尤其是短路或过充电时，会有大量热量释放，所以要求在－20℃～90℃，隔膜能够保持良好的机械强度和尺寸稳定性，起到隔离正负极防止短路的作用。

1.4电解液润湿性为降低内阻，增大离子导电性，提高电池的充放电性能和容量，要求隔膜与电解液之间有良好的亲和性，即隔膜能被电解液充分且快速浸润。

1.锂离子电池隔膜研究现状2.1聚合物锂离子电池隔膜制备技术近年来以加工性能、质量、材料价格、安全等方面独特优势兴起的聚合物锂离子电池，要求隔膜具有很好的吸液性能。

较早的聚合物电解质隔膜是由美国Belleore公司1994年研制的由聚偏氟乙烯（PVDF）/六氟丙烯（HFP）的共聚物制成的多孔膜，基本制备方法是以（PVDF-HFP）共聚物与一定比例的增塑剂共溶于有机溶剂中制成膜后，再用有机溶剂将该增塑剂抽提出来制成具有一定微孔结构的膜，然后浸取电解质溶液，其吸附电解液后，具有较高的电导率和良好的机械性能，但没能规模化生产。

广东化工2019年第10期·100·第46卷总第396期锂离子电池水性PVDF涂覆隔膜研究进展安亚强，张汉鸿，吴春丹，杨禹，徐雅斌(辽源鸿图锂电隔膜科技股份有限公司技术开发部，吉林辽源136200)Advance in Water-based PVDF Coating Separator for Lithium-ion BatteryAn Yaqiang,Zhang Hanhong,Wu Chundan,Yang Yu,Xu Yabin(Technical Development Department,LiaoYuan Hongtu Lithium-ion Battery Separator Technologry Co.,Ltd.,Liaoyuan136200,China)Abstract:PVDF material has the characteristics of chemical corrosion resistance,good heat resistance and mechanical properties;it can be used as coating material for lithium-ion battery separator.This paper introduces the preparation method of a water-based PVDF coating slurry and the microstructure,heat-resisting shrinkage,mechanical strength and other properties of the membrane of the coated lithium ion battery.Keywords:PVDF；coating；Lithium-ion battery；separator1概述目前在提高电池隔膜性能方面的发展研究主要是改善隔膜表面性质，改善隔膜表面性质主要的研究方向是对隔膜进行涂布处理。