2020年，全球鋰離子電池隔膜出貨62.8億平米，中國出貨38.7億平米，占比61.6%。而隔膜，占據電池成本的將近30%，這是一個群雄逐鹿的激烈戰場。
鋰離子電池隔膜在鋰離子電池中扮演著極為關鍵的角色，被稱為“第三電極”。隔膜材料作為鋰離子動力電池的4大關鍵材料（正極材料，負極材料，電解液，隔膜材料）之一，受到了行業人員的格外關注。
隔膜的結構和性能直接影響鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、使用壽命以及安全性等性能。目前產業化的隔膜主要以聚烯烴材料為基膜、通過干法和濕法工藝生產而成。
國內隔膜企業在同時兼顧厚度、孔隙率的一致性、破膜溫度、閉孔溫度等各項性能的技術和制造水平上，與國際水平還有一定差距，但是憑借著技術的快速進步、對市場的把握和成本的控制，目前中國已占到全球隔膜市場份額的60%以上。
那么，鋰離子電池隔膜的性能要求是什么？用到了哪些高分子材料？有哪些工藝？現狀和未來趨勢如何呢？
鋰離子電池隔膜置于鋰電池正負極材料之間，起到阻隔正負兩極、避免短路、允許電解液中離子自由通過的作用。電池的安全性能是否良好、壽命長短和能源的可持續性儲存與鋰離子電池隔膜有很大相關性。隔膜的各項性能要求及作用要求和作用見下表，如何能兼顧各項性能的要求是隔膜設計和開發的難點。
| 性能 |
項目 |
要求 |
作用 |
| 安全性 |
穿刺強度 |
足夠的穿刺強度，一般≥400 gf |
防止鋰枝晶，極片毛刺等刺穿隔膜造成電池短路 |
| 破膜溫度 |
盡可能高的溫度，140℃－180 ℃ |
防止隔膜熔化造成電池內部短路 |
| 閉孔溫度 |
高于電池正常使用溫度，低于基膜材料的熔融溫度 |
在電池過熱的情況下阻隔離子運動，避免電池過熱燃燒 |
| 電容量性 |
厚度 |
在保持一定機械強度下，厚度盡可能小，一般為4μm－25μm |
減小內阻，提高電池能量密度和功率密度 |
| 孔徑 |
保證在良好透過性的情況下滿足不同電池的性能要求，0.02μm － 0.3μm |
保證較低的電阻和較高的離子導電性，提高能量密度和充放電倍率 |
| 孔隙率
|
保證在一定孔徑的情況下孔隙率盡可能大，
|
| 濕潤性 |
電解液能快速浸潤隔膜的能力，確保隔膜表面吸收一定量的電解液使其能順利透過隔膜 |
| 理化穩定性 |
拉伸強度 |
確保電池需要承受的拉伸強度，≥110 MPa |
防止隔膜在正常使用條件下的變形 |
| 斷裂伸長率 |
足夠的抵抗變形能力 |
| 熱收縮率 |
受熱條件下的尺寸穩定性，如105℃，1小時，≤5% |
| 電子絕緣性 |
較小的介電常數和介電損耗因數 |
防止電池短路，減小內阻 |
| 化學穩定性 |
足夠的化學穩定性，不與電解液發生化學反應 |
耐電解液腐蝕，保證隔膜壽命 |
目前市場主流的鋰離子電池隔膜有PE、PP和 PP/PE復合隔膜，常用干法單向拉伸、干法雙向拉伸、濕法工藝進行生產，這幾種隔膜的主要區別在于微孔的成孔機理不同。
隨著鋰離子動力電池對能力密度、充放電倍率和安全性等性能提出了更高要求，逐步發展出涂覆復合隔膜、PET無紡布隔膜和PI納米隔膜等多種新型隔膜。
聚烯烴隔膜是指以PE、PP為基材生產的PE或PP單層、PE/PP雙層和PP/PE/PP三層隔膜。由于PE、PP材料具有化學性能穩定、工藝成熟和成本優勢，最早成為了鋰離子動力電池的隔膜材料。
美國Celgard、日本 UBE( 宇部) 等國外公司首先通過干法工藝開發了PE、PP 單層隔膜,國內最早由中科院開發了在聚丙烯材料中摻入具備成核成分的β晶型改進劑，通過雙向拉伸工藝技術制備了透氣性好、滲透性吸收性高的PP隔膜。
為了提高隔膜的電容量、閉孔溫度、膜厚均一性，美國Entek公司、日本旭化成開發了濕法工藝，采用濕法工藝制造薄膜，其雙向拉伸性能都相同，薄膜成品的橫向拉伸強度比干法要高。此外，這種制備方式對材料的要求不是太高，后期制成的產品能使鋰離子電池性能顯著提升。
以兼具低閉孔溫度和高破膜溫度為開發目標，美國Celgard 公司提出要開發薄膜兼具濕法工藝的低閉孔溫度和干法工藝的高熔點，研制出PP/PE/PP多層的鋰離子電池隔膜。
目前國內上海恩捷、星源材質、滄州明珠等龍頭企業已逐步掌握了濕法工藝、PP/ PE/PP三層隔膜的生產技術。
由于濕法工藝隔膜具有微孔分布均勻、低內阻、大功率等特點，其在鋰離子動力電池隔膜中起著越來越重要的作用,市場份額由2014年的29%上升到了2020年的70%。
涂覆隔膜是指以聚烯烴、聚酯等為基材，利用干式涂布、濕式涂布、浸涂、復合等工藝生產的隔膜。涂覆隔膜主要有:
①以PP微孔膜為基體材料，陶瓷材料為涂層材料，進行單面或雙面涂覆;
②以PE微孔膜為基體材料，陶瓷材料為涂層材料，進行單面或雙面涂覆;
③以聚對苯二甲酸乙二酯（PET）膜為基體進行涂層改性的隔膜;
在涂覆隔膜研究及應用案例上，三菱公司在PP干法隔膜生產線基礎上開發了涂裝高耐熱性無機物填料的技術，制成了可耐220℃的隔膜產品。國內上海恩捷利用自有專利的涂布膜改性技術，采用陶瓷、PVDF等耐熱材料為涂層，開發的涂覆隔膜耐熱性從原來的120℃、130℃上升到150℃、180℃。150℃產品已經成功推向市場，受到了好評。星源材質公司開發的芳綸型溶劑涂覆隔膜其耐熱溫度可達180℃，吸液性和安全性也表現良好。
涂覆隔膜具有可定制化設計和生產的特點，很好地補充了鋰電池隔膜的不同性能(特別是不同的溫度)需求，隨著市場規模擴大，有望成為高端鋰離子電池的標準化產品。
為了開發綜合性能更優異的高端隔膜，行業研究人員以以PI( 聚酰亞胺)、PET、天然纖維素、芳綸等材料為基材，并利用熔融紡絲、靜電紡絲等工藝進行多功能新型隔膜開發。
丁軍等制備的PI/PET復合膜的孔徑在0.2μm左右，具有更好的耐熱性、高離子電導率和孔隙率，使用復合薄膜組裝的鋰電池安全可靠，電池性能良好。崔光磊等以海藻酸鈉基復合無紡膜為基材，采用靜電紡絲工藝制備纖維素隔膜。所制隔膜厚10μm－300μm，纖維直徑為20nm－2000nm，具有較高的離子電導率、適宜的力學性能和優異的電化學穩定性能，并且改善了其與正負極材料之間的界面穩定性。
相比傳統液態鋰電池，全固態鋰電池在安全性、能量密度和充放電倍率上有明顯優勢，固態鋰電池很可能成為下一代鋰離子電池的主流。
對于采用凝膠聚合物電解質的全固態鋰離子電池，要求隔膜與聚合物電解質具有很好的粘接性和吸附性，出現了以偏氟乙烯與六氟丙烯共聚(PVDF－HFP)為主要材料經過溶劑涂膜、靜電紡絲或拉伸工藝制備的凝聚聚合物隔膜的相關研究和報道。
鋰離子動力電池將向高能量密度、高充電倍率(在兼顧較高能量密度的前提下實現電池快充)、長壽命、高安全性能、環保、低成本的方向發展，高端隔膜材料的發展也將圍繞輕薄化(厚度減小)、適當高孔隙率、良好吸液性、高安全性( 耐高溫性)、低成本方向需求進行研究和開發，從而為推動鋰離子動力電池的高端化做出貢獻。
在現有干法、濕法工藝、涂覆隔膜技術的基礎上，通過微創新的方式不斷提高基材性能、優化生產工藝、提高生產效率、降低產品成本。例如：
①改善現有 PE、 PP基材的材料配方，開發出更適合濕法生產、性能優異的基材。
②優化干法和濕法工藝，制備厚度更小的不同規格隔膜( 3μm、5μm、7μm、9μm)，為不同鋰電池企業提供更具適用性的隔膜產品。
③開發不同種類且性能優異的涂覆材料( PI、PVDF、陶瓷涂覆層、無機雜化涂覆層等)，力求生產出兼具厚度薄、耐高溫性良好(180℃)、良好吸液性、低成本的高端隔膜。
①一些國外知名隔膜企業同時也是生產聚烯烴、聚酯或芳綸等基礎材料的企業，在原料性能上比國內隔膜企業有優勢。國內隔膜企業可以聯合國內外材料企業共同開發高適用性的隔膜基礎材料。
②在與國內外材料企業開發PI(聚酰亞胺)、PVDF (聚偏氟乙烯)、芳綸等性能優異的基礎材料的基礎上，嘗試利用熔融紡絲、靜電紡絲等技術有效控制隔膜的孔徑和孔隙率，生產具備納米孔徑、孔隙率可調、厚度均勻的高性能隔膜。
鋰離子動力電池的技術發展是多樣化的，同時對鋰電池隔膜的性能也提出了多樣化的要求。隔膜企業需要根據鋰電池技術的最新發展，把握相關技術特點，開發和儲備不同系列規格的隔膜產品。
新能源智能化汽車作為我國《中國制造2025》規劃的重點產業之一，必然在未來 10年里推動鋰離子動力電池隔膜產業的高速發展。雖然國內鋰電池隔膜發展不具有先發優勢，但近年來在隔膜基材配方、濕法工藝和涂覆工藝技術上的突破，國內研究機構和企業已具備開發和生產高端鋰電池隔膜的條件和能力。隨著中國新能源汽車的蓬勃發展，鋰電池隔膜行業也必將迎來多的機遇。
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參考素材：淺談鋰離子動力電池隔膜材料的發展現狀和趨勢，劉艷等；遠川商業評論等
原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：鋰離子動力電池隔膜用到哪些高分子材料和工藝？
