聚烯烃锂电隔膜表面改性技术研究进展

秦小磊 1*，郝建鑫 1，袁海兵 1，张宗豪 1，周国庆 2

（ 1．广州市聚赛龙工程塑料有限公司 广东省 广州市 510940； 2．芜湖聚赛龙新材料科技有限公司 安徽省 芜湖市 241100）

摘要：随着锂电池行业的广泛应用，聚烯烃隔膜由于其具有较好的加工性能，并且成本相对较低，因此应用率较高。但是在应用过程中发现聚烯烃隔膜的极性相对偏低，并且熔融温度较低，因此具有热稳定性较差等应用问题，不利于广泛推广应用。研究发现，利用表面改性可以有效改善上述不足以此加强应用率，本文以此深入探讨聚烯烃隔膜表面改性技术，通过回顾性分析的方式探讨该领域的研究进展。

关键词：锂离子电池；聚烯烃；隔膜；表面改性；研究进展

[收稿日期] 2022年4月2日

[作者简介] 秦小磊(1990-)，男，海南临高人，本科，主要研究方向为高分子材料加工与改性。

众所周知，磷酸铁锂在我国被广泛用作动力锂离子电池的正极材料。来自政府、科研机构、企业甚至证券公司的市场分析人士对这种材料持乐观态度，并将其作为动力锂离子电池的发展方向。另外，三元聚合物锂电池是指采用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、三元材料、磷酸铁锂等。除了锂电池，铅酸电池也是一种非常重要的电池系统。铅酸蓄电池的优点是放电时电动势相对稳定，缺点是比能量（单位重量储存的电能）小，对环境腐蚀性强。此外，燃料电池是一种电化学电池，通过氧化还原反应将燃料和氧化剂的化学能转化为电能。最后，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，由于固态电池的高功率和重量，它是电动汽车的理想电池。

1聚烯烃概述

近些年来，绿色环保理念已经深入各行各业，而锂离子电池由于其在使用过程中具有较好的应用优势在我国的不同领域得到较为广泛的应用，在应用过程中，不仅工作电压相对较高，并且可循环使用具有较长的使用寿命。在应用率不断提高的同时锂电池隔膜的相关研究也逐渐受到学者们的重视。在众多种类的锂电池隔膜中聚烯烃隔膜应用率相对较高，该种材质的隔膜在加工过程中体现出较好的性能，并且经济成本相对较低，因此在锂电池行业的加工过程中颇受青睐，现阶段已经成为锂离子电池隔膜的最主要产品。但是大量资料显示，聚烯烃隔膜在应用过程中仍然存在一定的缺陷，例如该分子材料的热稳定性相对较差。

2聚烯烃锂电隔膜表面改性方法研究进展

2.1辐照表面接枝

聚烯烃是一种线性热塑性聚合物化合物，具有低表面能和透水性。电池中的电解液通常由高纯度有机溶剂和电解液锂盐制成。这里的有机溶剂是极性溶剂，因此聚烯烃膜对电解质的亲脂性较差。为了解决这个问题，可以采用物理或化学方法，例如在聚烯烃表面接枝亲水性基团，例如羧基、羟基、氨基和磺酰基，以提高膜的亲水性。移植可以通过高能辐射或紫外线辐射来改变。

2.2表面原位聚合

查阅相关文献可知，我国学者纪效波揭示了一种通过原位聚合制备凝胶膜的方法，将聚合反应所需的引发剂和单体添加到有机溶剂中，有机溶剂将锂盐溶解到电解质中，倒入电池中，通过聚合反应形成凝胶。该膜具有良好的凝胶效应和电解质电极界面效应，在一定程度上改善了聚烯烃电池膜的亲水性和电极接触性，减少了电池充放电过程中的能量衰减，避免了液体流失的发生，提高了电池的安全性。

2.3表面静电纺丝

在聚烯烃膜上组装多孔耐高温聚合物可进一步促进薄膜热稳定性提升，与此同时，在一定程度上还可促进电解质溶质性的提高。我国众多学者将表面静电纺丝技术应用于薄膜的表面改性，将热稳定性好的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂直接静电纺丝到聚丙烯膜的一侧，制备聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂纳米纤维非织造布、聚丙烯复合膜。通过相关效果检查可知，接触角从44°下降到0°，吸液率从130%提高到395%，复合膜具有较好的应用性能，不仅具有较强的亲和性于此在液体保留方面也具有优势。

2.4相转移法

相转化过程是利用浇铸液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换，使原始固定溶液发生相变，并最终将相分离结构固化成膜。尹艳红等将聚偏氟乙烯和纳米氧化铝涂覆在聚乙烯膜上，通过相转化形成多孔陶瓷涂层。改性膜的润湿性、稳定性、安全性和循环性能得到了显著改善。

2.5表面涂覆法

虽然移植等方法可以在一定程度上改善聚烯烃膜的性能，但实际生产过程复杂，成本高，工业化难度大。表面涂层法相对更方便有效。通过辊涂、刮削和喷涂等方法在聚烯烃膜表面涂覆各种成分的涂层，以提高聚烯烃膜的亲和力和热稳定性。根据涂料的组成，可分为无机涂料、有机涂料和有机-无机复合涂料。

众多学者将无机材料与高分子材料进行综合研究，通过结合二者的优点进行深入研究，发现在固定的区域内不断提高陶瓷颗粒含量，可使得隔膜的孔洞分布情况有所改善，体现出入更强的紧密性。但是如果所添加的陶瓷颗粒数量过多，则会导致孔洞的分布数量减少、使得孔径增加，并在一定程度上导致隔膜的孔隙率有所下降。由此可知可利用陶瓷颗粒对锂离子电池隔膜进行改性。所添加的含量不同，其性能改变情况也会有所差异性。YOOSH等人在聚乙烯膜两侧涂覆SiO2颗粒，含有涂层聚乙烯锂离子电池隔膜耐热温度从135℃提升到了170℃。

3涂层组成技术研究进展

3.1胶黏剂

据相关文献与现场资料可知，现阶段技术人员常用的教研记包括多种类型，例如聚氨酯、聚酰亚胺等。其中聚酰胺作为一种聚合物材料，具有较为稳定的性能，即可在应用过程中对自身的化学成分以及形态表现加以改变，从而调节表达的热塑性。由于聚氨酯材料具有较强的附着力，因此可应用于多个领域，例如涂料等。除此之外，聚酰亚胺也是应用率相对较高的胶黏剂材料，该材料具有较好的综合性，能因此应用前景较为广泛，在应用过程中该材料可呈现出较好的化学稳定性与热稳定性，在应用该材料时工作温度最高可达近300度。另外，尽管国内外在PI和PI改性锂膜领域已经取得了一些研究成果，但目前大部分研究成果仍处于小型和初级研究阶段。同时，加工成本高，批量生产所需的设备和工艺仍存在许多问题。因此，离工业化生产还有一段距离。

3.2分散体

无机金属氧化物中多种材料均可被称为陶瓷材料，例如氧化铝与二氧化硅等，此类材料在应用过程中具有较好的性能，不仅熔点较高，并且具有较强的耐磨性。与此同时，此类陶瓷材料的硬度较高，具有较好的抗氧化性与抗腐蚀性，在电气绝缘性方面也呈现较好的性能表达。于是众多学者将陶瓷材料应用于锂离子电池性能的改变，通过利用陶瓷材料，进一步提高锂离子电池的安全性。与此同时，由于陶瓷材料粉末颗粒表面具有较强的特殊性，可利用微孔结构进一步提高锂电池隔膜的亲水性，因此可进一步促进锂离子电池充放电性能水平的提高。

4结束语

综上所述，近些年来我国锂电池相关行业的发展速度较快，而锂电池隔膜行业更是进入黄金发展期，聚烯烃隔膜。由于在应用过程中具有较为显著的性能优势与成本优势，因此长期以来一直作为锂离子电池隔膜的最主要应用产品得到相关领域工作人员的青睐。尽管在应用过程中仍存在一定的不足之处，但相信用新材料、新技术手段对聚烯烃表面进行改性，开发相应的低成本生产和制备技术，不仅可以促进工艺更为简便，同时也可进一步提高应用效果，有效拓展该领域的深入发展。

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