隔膜是一種多孔塑料薄膜,用于分隔兩電極,并保證鋰離子自由通過形成回路,影響電池的容量、循環(huán)能力和安全性。熱穩(wěn)定性方面,電池充放電過程中易發(fā)熱,導(dǎo)致電池溫度上升,存在隔膜破損的風(fēng)險(xiǎn),因此隔膜需要有良好的熱穩(wěn)定性;電性能方面,低孔徑、高孔隙率的隔膜可以保證鋰離子傳導(dǎo)效率的同時(shí)不會(huì)使正負(fù)極接觸而短路;機(jī)械強(qiáng)度方面,隔膜需要滿足裝配中的受力要求,具備一定的抗刺穿能力和拉伸能力;化學(xué)穩(wěn)定性方面,要求隔膜不與電解質(zhì)、電極材料發(fā)生反應(yīng);孔隙率方面,較高的孔隙率可以提高鋰離子通過隔膜的效率;孔徑方面,孔徑足夠低才可以阻止電極顆粒通過隔膜。
根據(jù)結(jié)構(gòu),鋰離子電池隔膜材料可分為:微孔聚烯烴膜、非織造布、聚合物/無機(jī)復(fù)合材料和凝膠聚合物電解質(zhì)膜。目前商業(yè)化隔膜材料主要為聚烯烴,如PP和PE。聚烯烴類隔膜力學(xué)性能優(yōu)異,但存在孔隙率較低、耐熱性一般、電解液吸收率較低等缺陷。
PVDF為優(yōu)秀的隔膜材料,既可用于隔膜涂層,也可作為隔膜材料。PVDF是半結(jié)晶聚合物,由于晶型中極性 β 相的存在,利于鋰鹽的解離,可提高隔膜的離子電導(dǎo)率,其晶體部分可提供良好的機(jī)械強(qiáng)度,非晶體部分可更好地吸收保存電解液,以其為基底的隔膜熱收縮程度非常小。PVDF在非織造隔膜、聚合物/無機(jī)復(fù)合材料和凝膠聚合物電解質(zhì)膜中均有應(yīng)用。聚烯烴類隔膜在高溫、針刺、過充情況下存在破膜的可能性,通過涂覆可以對(duì)隔膜進(jìn)行改性,提升其性能。將PVDF涂覆在傳統(tǒng)隔膜上可提高隔膜的潤濕性、保液性能、電化學(xué)穩(wěn)定性。目前市場上并存著氧化鋁涂層、PVDF涂層、PVDF/氧化鋁混合涂層、氧化鋁+PVDF疊加復(fù)合涂層等涂層,非織造隔膜是通過靜電紡絲、熔紡、造紙等方式, 使聚合物形成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后采用機(jī)械、加熱或化學(xué)等方法使其固化而成,通常以PVDF、PI、PET、纖維素等為原材料。非織造膜既可單獨(dú)用作隔膜,也可與其他膜復(fù)合使用。通過靜電紡絲制得的PVDF基納米纖維薄膜具有高孔隙率、低孔徑、孔徑分布均勻、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。純PVDF電紡膜在電解液浸潤性、機(jī)械強(qiáng)度、安全性能等方面存在缺陷,而研究發(fā)現(xiàn)通過共混改性、涂覆改性、熱處理改性、多層隔膜復(fù)合改性等方法對(duì)PVDF基隔膜進(jìn)行改性后,隔膜的機(jī)械強(qiáng)度、離子導(dǎo)電率及熱穩(wěn)定性均可得到提高。此外,PVDF與無機(jī)物的復(fù)合材料同樣可以制成性能優(yōu)良的隔膜。高性能PVDF基復(fù)合隔膜是未來隔膜材料的一大發(fā)展趨勢(shì)。