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鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液幾部分組成。鋰離子通過電解液在正負極之間來回移動完成電池的充放電過程。其中隔膜在電池中主要起著防止正極與負極接觸，阻隔充放電時電路中的電子通過，允許電解液中鋰離子自由通過，從而實現離子傳導的重要作用。

干法隔膜與濕法隔膜

隔膜的原材料主要為PE （聚乙烯）或 PP （聚丙烯）等烯烴化工原材料。按照工藝可分為干法單向拉伸隔膜、干法雙向拉伸隔膜、濕法隔膜和3層PP/PE/PP復合隔膜，這幾種隔膜的主要區(qū)別在于微孔的成孔機理不同。

圖一：隔膜產業(yè)鏈示意圖

干法隔膜工藝是隔膜制備過程中最常采用的方法，該工藝是將高分子聚合物和添加劑原料混合形成均勻的熔體，擠出時在拉伸應力下形成片晶結構，然后片晶結構經過熱處理得到硬彈性的聚合物膜，在一定的溫度下拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前主要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝，干法單向拉伸工藝主要以PP為原料。

濕法工藝又稱為熱致相分離法(TIPS)，主要利用熱致相分離原理生產單層PE 隔膜。濕法工藝的基本過程為：在高溫下將聚合物溶于高沸點、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液，然后降溫冷卻，形成液固或液液相分離，再將其中的高沸點溶劑萃取，經過干燥、熱處理等工序獲得一定結構形狀的高分子微孔膜。

圖二：濕法隔膜生產工藝流程

從工藝環(huán)節(jié)來看，兩種方式的主要區(qū)別在于成孔方式，干法工藝通過拉伸，而濕法通過溶劑萃取和相分離成孔。簡單來說，是否需要溶劑也是兩者最主要的差異。

圖三：干法隔膜濕法隔膜的優(yōu)缺點對比

掃描電鏡下的隔膜形貌

工藝上的差異決定了產品性能的不同，而產品的性能往往取決于材料的微觀結構。掃描電鏡作為材料微觀結構表征的利器，已經成為隔膜制造商必不可少的分析工具。賽默飛超高分辨場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2兼具高質量成像和多功能分析性能于一體，采用雙引擎技術，超低電壓下可直接分析不導電樣品，且無需做噴鍍處理。

如下圖四所示，在200V低電壓下，直接將剪切的隔膜置于Apreo 2電鏡中，憑借快捷的FLASH功能，設備可自動執(zhí)行精細調節(jié)動作，只需移動幾次鼠標，就可完成必要的合軸對中、消像散和圖像聚焦校正，即使電鏡初學者也能充分發(fā)揮Apreo 2的最佳性能。

通過電鏡結果，可以觀察隔膜表面的孔徑大小和及其分布；孔徑越大，隔膜對鋰離子遷移的阻力越小，鋰離子的穿透能力越強，但孔徑過大又會導致隔膜的機械性能和電子絕緣性能下降，造成正負電極短路；孔徑太小則會增加電阻。孔徑分布不均，工作時易造成局部電流過大，從而影響電池的性能。

圖四：干法隔膜低電壓下成像結果

盡管目前商用鋰離子電池隔膜多以聚烯烴材料為主，但也存在許多缺陷。干法隔膜的缺點是該微孔膜生產過程中沒有進行橫向拉伸，使用時橫向易開裂；批量生產的電池內部微短路機率相對較高；電池安全、可靠性不高。而濕法工藝需要大量的溶劑，易造成環(huán)境污染；與干法工藝相比設備復雜、投資較大、周期長、成本高、能耗大；因只能生產較薄的單層PE材質的膜，熔點只有130 ℃，熱穩(wěn)定性較差。

圖五：聚烯烴基膜表面改性示意圖

在原有聚烯烴隔膜的基礎上進行表面涂覆可以有效地提升隔膜的耐高溫性和電化學性能。涂覆改性主要包括無機-有機改性和有機-有機改性。無機-有機改性的涂覆材料以Al2O3 為代表，還包括SiO2、TiO2、ZrO2、MgO 等無機粒子， 通常采用PVDF、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等為黏合劑。

如下圖六所示，利用賽默飛超高分辨場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2所拍攝的濕法隔膜表面和表面進行陶瓷涂覆改性的濕法隔膜。憑借鏡筒內完善的“三位一體式”探測器系統(tǒng)，在低電壓下清晰觀察涂覆層中PVDF和陶瓷層的分布狀態(tài)。

圖六：濕法隔膜基膜（上）和表面陶瓷涂覆層（下）

除此之外，還有研究者利用熔噴紡絲工藝制備出聚偏氟乙烯(PVDF)-六氟丙烯(HFP)/SiO2復合隔膜，與商業(yè)化PE隔膜相比，表現出更優(yōu)良的孔隙率，由該隔膜組裝的電池表現出較高的容量保持率。

賽默飛場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2

參考資料：

[1]劉天一,張漢鴻,楊禹.高耐熱陶瓷涂覆鋰離子電池隔膜研究進展[J].廣東化工,2021.

[2]劉會會,柳邦威.鋰電池隔膜生產技術現狀與研究進展[J].絕緣材料,2014.

[3]郭旭青,楊璐,李振虎等.鋰離子電池隔膜研究進展及市場現狀[J].合成纖維,2022,

[4]高會普.高性能復合熔噴鋰離子電池隔膜的研究[C].東華大學,2016.

[5]中泰證券研究所-公開資料-濕法隔膜專題報告.