了解锂离子电池隔膜的基本概念与特点

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电少、可快速充放电及无记忆效应等优点，已被广泛应用于便携式电子设备、航空航天、电动汽车等领域［11］。锂离子电池的工作原理如图11-1所示［12］，其实质是锂离子（Li+）在正负极之间嵌入和脱出的过程，充电时，Li+从正极（一般为石墨）脱出，在电解液中穿过隔膜嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出，在电解液中穿过隔膜嵌入正极，此时正极处于富锂态，负极处于贫锂态。与此同时，同等数量的电子经外电路传递以保持电荷的平衡。

有“第三电极”之称的隔膜，在锂离子电池中具有重要的作用：第一，使正负极分开，避免正负极相互接触而发生内部短路的现象；第二，可以允许锂离子通过，但隔膜不参与电池反应。隔膜的性能决定着电池的界面结构和内阻，进而影响电池的放电容量、倍率性能、循环性能和安全性能。理想的隔膜材料一般具备以下几个条件：良好的机械强度，以在电池组装卷绕过程中保持尺寸稳定；稳定的化学性质，不与电极材料、电解液发生反应；电解液浸润性好，提高离子电导率；热稳定性好，耐高温，具有热熔断隔离性；孔径必须小于电池组分中的颗粒尺寸，以有效阻止颗粒、胶体等在正极和负极之间移动；孔隙率高，方便离子传输。

图11-1　锂离子电池工作原理示意图［12］(www.xing528.com)

目前，商品化锂离子电池隔膜主要为聚乙烯（PE）膜，聚丙烯（PP）膜及PE/PP复合膜，这些隔膜虽然具有较高的力学性能和热熔断隔离性［13］，但是普遍存在孔隙率低、电解液润湿性差、热稳定性差的问题，限制了其在高能量锂离子电池中的应用。静电纺纳米纤维膜具有孔隙率高、孔径分布均匀、结构可调性强等优点，可作为浸润性好、离子电导率高的锂离子电池隔膜，有望提升电池的放电容量、倍率性能及循环性能，受到科研人员的广泛关注。