锂离子电池隔膜材料的性能有哪些要求？

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、 电解液、隔膜以及电池外壳材料组成。隔膜是其中一个重要组成部分，在电池中隔离正负电极反应，让电解液中的阴阳离子选择性自由通过，进而组成完整的电池通路。隔膜的性能在保证锂离子电池的安全性和提高锂离子电池性能等方 面有直接影响。因此设计与制备良好的隔膜材料对于提高锂离子电池容量、安全性等性能具有非常重要的作用。

 

隔膜的性能要求

 

锂离子电池隔膜作为锂离子电池四大主要材料之一， 一般是绝缘性较好的材料，提供锂离子在电解液中的迁移通道。隔膜的性能参数对电池性能影响重大，例如在常用的商用隔膜材料中，材料的厚度直接影响电池内阻，孔隙大小和分布将会影响传输锂离子性能等，因此制备高性能隔膜材料对于电池的性能发挥和实际应用至关重要。影响锂离子电池 隔膜性能的主要因素包括隔膜化学稳定性、力学强度、孔隙 率大小及润湿性、安全保护的自关闭性能等几个方面。

 

 

⑴力学强度

 

隔膜在电池结构及充放电反应过程中需要具有一定的机械强度。隔膜的一个重要作用是将正负极反应隔开，如果隔膜皱缩或破裂导致电解液渗透，就会发生电池短路，具有很大的安全隐患，因此隔膜需要有一定的力学强度和韧性。锂离子电池在充电过程中锂离子被还原生成金属锂枝晶，这就要求隔膜材料要有一定的抗穿刺强度。另外，隔膜材料也应该具有一定的拉伸强度，锂离子电池在反应过程中会放出或 吸收热量，隔膜会发生相应的涨缩，如果隔膜的拉伸强度不够，就会造成隔膜破损，也会导致短路发生。

 

⑵热极定性

 

由于锂离子电池中电解质溶液除了水溶剂，还会采用有 机溶剂和非水电解液，因此隔膜应具有良好的化学稳定性和 耐腐蚀性能，能够在电池多次充放电过程中实现结构的完整 性与反应的稳定性。此外，锂离子电池在充放电反应中会放热，电池在连续工作时温度会升高，隔膜的热稳定性能够保 证在电池长时间工作时减少收缩形变量，避免电池皱缩导致的正负极接触而导致电池短路。

 

⑶孔隙分布及孔隙率

 

隔膜为了保持锂离子良好的透过能力，材料需要具备一 定大小的孔隙，并保证低电阻和高离子传导率。孔隙大小将影响电池内阻及电池的安全性。孔隙太小会使离子穿透率减低而增大电池内阻，孔隙过大则会导致电池正负极接触概率 增大易导致短路，起不到隔膜的效果。优良的锂离子电池隔 膜应保证孔隙大小合适、分布均匀，不然会导致局部电流过大或过小，影响电池性能。

 

⑷其他性能

 

此外，隔膜的自关闭技能在电池安全性方面至关重要。 自关闭机理要求隔膜在过载大量放热，温度升高过高，接近 材料熔点时隔膜结构中孔隙闭合，成功隔绝离子穿梭，停止正负极反应形成断路，以在过热情况下防止电池爆炸。隔膜的浸润性也是评价隔膜性能好坏的标准之一，为保证离子的顺利传输，隔膜需要和电解液充分接触，有良好的浸润性、 与电解液的渗透能力和离子穿透能力。负极作为其关键构成成分之一，直接决定了锂离子电池的性能，目前市场上主要采用石墨类负极材料。然而，石墨类负极的两个致命缺陷：低能量密度(理论比容量 372mAh·g–1)和安全隐患(“析锂”现象)令其无法适用于动力电池。因此，寻找一种新型高容量、安全性好和长循环的材料来替换石墨类负极材料成为动力锂离子电池进一步发展的关键。

 

硅因其超高比容量(理论值4200mAh·g–1)、低嵌锂电位(300%)，使活性材料粉化、电极内电接触失效以及新固相电解质层SEI重复生成，最终导致循环性能迅速衰退。为改善硅负极循环稳定性，研究者们做了各种改性。

 

近年来，一种已经产业化的工业原料硅氧化物(SiOx，0<x≤2)引起了人们的特别关注，最常见的如氧化亚硅(SiO，x≈1)，目前已经开始用于锂离子电池负极材料并展现出巨大的潜力。SiOx与碳石墨类材料相比，具有较高的比容量，与Si单质相比拥有良好的循环稳定性。为此，近些年来研究者们对硅氧化物负极材料做了大量的研究工作。