對于鋰電池安全性來說，隔膜的使用具有重要意義。為此下面文章首先對鋰離子電池隔膜性能要求作出簡要闡述，然后對高熱穩(wěn)定性鋰電池復合隔膜的制備進行實驗，并對其表征情況進行分析，明確復合隔膜可以發(fā)揮的重要作用，希望對業(yè)內(nèi)研究人員可以起到一定參考作用。

　　關鍵詞：高熱穩(wěn)定性,鋰電池,復合隔膜,表征

　　鋰離子電池為二次電池，本身具有能量密度高、循環(huán)壽命長、開路電壓高、無記憶效應的特點，在移動電子設備、動力裝置中得到了十分廣泛的使用，現(xiàn)階段，鋰電池隔膜主要是聚烯烴材料，但此種材料具有較大的熱收縮率，較低的熱熔化溫度，可能會為鋰電池的使用帶來問題。

　　1鋰離子電池隔膜性能要求

　　鋰離子電池隔膜的性能要求主要包含6個方面，即厚度與氣體滲透率、孔隙率與孔徑、電解液浸潤性與吸液率、熱穩(wěn)定性與熱閉孔性能、化學穩(wěn)定性與電化學窗口、力學性能。通常情況下，鋰離子電池隔膜厚度需要在25μm以內(nèi)，混合電動車、純電動車鋰離子電池隔膜厚度可以達到40μm。力學強度會因為隔膜厚度的提升而提高，但對于快速的充放電會造成影響。與此同時，需要控制鋰離子電池隔膜孔徑大小，否則正負極活性物質(zhì)會穿過隔膜，進而對熱閉孔性能、拉伸強度造成影響[1]。

　　2高熱穩(wěn)定性鋰電池復合隔膜的制備及表征

　　2.1復合隔膜的制備

　　2.1.1實驗原料及儀器

　　實驗原料主要為美國某公司生產(chǎn)的PVDF-HPF(分子量45×104);我國上海某公司生產(chǎn)的聚乙二醇、二甲基甲酰胺、丙酮以及孔隙率為85%、孔徑為1~2μm、厚度為6μm的ePTFE基體;日本某公司生產(chǎn)的孔隙率為43%、厚度為25μm的干法三層PP/PE/PP鋰電池隔膜。在實驗儀器上，主要為分析點評、精密定時電動攪拌器、真空干燥箱、電池封口機以及真空泵。測試表征儀器主要FE-SEM/S-4800場發(fā)射掃描電、NETZSCHSTA449F3熱重測試儀器、NETZSCHSTATMA202熱機械分析儀器、WDW-0.5萬能材料拉伸強度實驗機。

　　2.1.2制備工作

　　首先，需要配置鑄膜液。在60mL丙酮與DMF(2∶1)溶液當中融入8gPVDF-HFP，利用此混合溶劑，因為丙酮具有較低的表面張力，可以讓溶劑表面能得到降低，同時可以讓ePTE保持濕潤。在該溶液中，添加不同比例的聚乙二醇造孔劑，在60℃環(huán)境下，對其進行長達12h的攪拌。加入的PVDF-HFP和聚乙二醇質(zhì)量比分別為30%、50%、70%、90%與110%。然后，可對復合膜進行制備。

　　在此過程中，主要采用浸漬法。在一10cm×10cm塑料框架中，黏貼ePTFE基體，在60℃真空干燥箱對其進行干燥處理，讓水分得到去除。在取出復合膜后，將其平放于一培養(yǎng)皿中，在ePTFE基體倒上之前所配置的鑄膜液，利用保鮮膜對其進行密封處理，讓溶劑揮發(fā)情況得到有效避免。放置其在30℃環(huán)境中持續(xù)30min，讓隔膜可以被鑄膜液充分浸潤。在取出隔膜后，將其放于真空干燥箱，在100℃環(huán)境下對其進行持續(xù)6h的干燥處理，在溶劑得到充分去除后，可以將隔膜取出，讓其冷卻為室溫，之后將其放置于去離子水中12h，讓聚乙二醇造孔劑得到去除，使多孔結(jié)構(gòu)得以形成。

　　2.2表征分析

　　2.2.1形貌分析

　　在形貌上，對其進行觀察分析，發(fā)現(xiàn)ePTFE基體顯微結(jié)構(gòu)構(gòu)造和漁網(wǎng)類似，孔隙率相對較高，對于其他樹脂的填充、鋰離子的穿過具有重要意義，可以避免電池漏液問題。利用PVDF-HFP樹脂，在復合ePTFE與PVDF-HFP之后，可以讓ePTFE孔隙得到較低結(jié)晶度PVDF-HFP的進入，進而對電解液進行吸納。隨著造孔劑比例的增加，復合膜表面與界面孔數(shù)量也在增加，其頂峰約在90%比例時出現(xiàn)。

　　2.2.2孔隙率，吸液率及電導率

　　對復合隔膜孔隙率、吸液率和造孔劑比例關系進行探究，可以發(fā)現(xiàn)在造孔劑聚乙二醇比例約為90%時，復合隔膜孔隙率、吸液率與電導率達到最大值。在去除聚乙二醇后，復合膜孔隙率發(fā)生變化，從27%達到68%，電解吸液率也隨之發(fā)生變化，從75%達到151%。但是，如果造孔劑比例過大，超過90%，就會讓復合膜孔隙率降低，使離子電導率、電解液吸液率降低。

　　2.2.3熱閉孔及熱收縮性能

　　在熱閉孔性能測試中，對復合隔膜與PVDF-HFP樹脂進行熱分析，發(fā)現(xiàn)其熔點接近于161℃，在復合過程中，PVDFHFP樹脂的晶體結(jié)構(gòu)沒有變化發(fā)生。在161~329℃，復合隔膜差熱情況沒有明顯波動，在340℃之前，復合隔膜與PVDFHFP樹脂沒有重量變化。也就是說，在此溫度范圍內(nèi)，利用此電池隔膜可以承受較高溫度。

　　對30~162℃的電阻情況進行測試，發(fā)現(xiàn)其熱力學十分穩(wěn)定，溶解結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)破壞情況。對高溫下復合隔膜安全性進行測試，研究有復合隔膜裝配的鋰電池開路電壓變化情況，發(fā)現(xiàn)在多種造孔劑相關比例下，如果溫度低于175℃，鋰電池開路電壓沒有熔化情況出現(xiàn)，這主要是因為ePTFE基體具有良好的隔離效果。如果溫度達到180℃以上，其開路電壓波動劇烈，在200℃時降低至0。利用熱機械分析儀對熱收縮性能進行測試，發(fā)現(xiàn)在60~165℃，隨著溫度的上升，復合隔膜呈收縮趨勢，熱機械曲線為負形變。

　　在造孔劑比例不同的條件下，復合隔膜熱收縮率具有一定差別，隨著造孔劑比例的增加，熱收縮率也會增加。熱收縮在溫度達到PVDF-HFP熔點時達到最大。30%造孔劑與110%造孔劑復合隔膜最大熱收縮率分別為4.7%、10.7%。利用加熱臺，加熱復合隔膜與聚烯烴隔膜，對不同溫度下熱收縮情況利用相機進行拍攝。

　　發(fā)現(xiàn)在120℃時，聚烯烴隔膜具有卷曲情況，在140℃時，PP/PRPP隔膜收縮嚴重，這主要是因為聚合物熔化讓結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成孔封閉，而復合隔膜并無變化情況。在160℃時，復合隔膜會因熱閉孔而變得透明，其基本尺寸沒有變化出現(xiàn)，沒有熱收縮與破裂情況出現(xiàn)，而PP/PE/PP隔膜完全熔化。也就是說，復合隔膜可以更好地保證高溫下的電池安全性。

　　2.2.4拉伸強度

　　對其拉伸強度進行測試和分析，在復合ePTFE和PVDFHFP之后，隔膜拉伸強度明顯提升，這主要是因為電解液不會讓ePTFE溶脹，可以讓原有強度得到保持，無論造孔劑比例如何，復合隔膜斷裂伸長率與拉伸強度都會高于純PVDFHFP薄膜，造孔劑比例、孔隙率的大小和隔膜機械強度為反比例關系，在造孔劑比例為110%時，其斷裂強度為9.63MPa，但此斷裂強度依然可以對生產(chǎn)加工強度要求予以滿足。

　　2.2.5電化學

　　在電化學上，在半電池上安裝UBE商品隔膜與復合隔膜，對其進行測試，觀察不同倍率下充放電曲線情況，發(fā)現(xiàn)二者放電容量在不同倍率下基本一致，在放電倍率為2C的時候，相比之下，UBE隔膜充電電壓平臺要高于復合隔膜，在高倍率充放電條件下，與聚烯烴隔膜相比，復合隔膜的極化率更低，可以對電動工具、電動車等大功率放電場合需求予以滿足。在循環(huán)性能上，在充放電50周之后，復合隔膜放電容量可以達到初始容量98.6%以上，容量損失相對較少，也就是說，利用復合隔膜的鋰電池具有更好的循環(huán)性能。

　　3結(jié)論

　　綜上所述，經(jīng)過實驗，可以制備ePTFE與PVDF-HFP的復合隔膜，通過對形貌、孔隙率、吸液率及電導率、熱閉孔及熱收縮性能、拉伸強度及電化學等方面進行表征分析，可以發(fā)現(xiàn)此種復合隔膜可以為鋰電池的使用提供幫助，具有重要的應用價值。

　　參考文獻

　　[1]楊鈴，鄭成.鋰離子電池隔膜的國內(nèi)外研究技術(shù)進展[J].廣東化工，2016，43(13)：133-134.

　　化工類期刊推薦：《廣東化工》創(chuàng)刊于1974年，半月刊，刊號CN44-1238/TQ，是高、中級職稱資格評審認定期刊，由廣東省石油化工研究院主辦，廣東省內(nèi)唯一的化工行業(yè)綜合性月刊。