锂离子动力电池用新材质隔膜发展应用及评测

动力电池对隔膜最基本的要求就是稳定性，包括热稳定、电化学稳定以及机械性能稳定；在此基础上，还需要隔膜提升一致性，并进一步优化孔隙率、孔隙结构以及吸液保液能力。

天津力神电池股份有限公司聂磊部长作了“锂离子动力电池用新材质隔膜发展应用及评测”的主题分享。

聂磊部长表示，隔膜也是一个讲究综合性能的产品，其性能指标相互影响并相互制约。此外，仅仅是基本指标并不能完全反映隔膜在动力电池中的表现，因此，为了实现动力电池最优的电化学和安全性能，需要在关注MD和TD方向的同时，增加垂直方向VD在固定张力或者压力下的机械性能和电化学性能。

按照成熟度，隔膜可分为新材质和传统聚烯烃产品。目前应用最广泛的还是聚烯烃及其涂层改性产品；而由于特殊的物理性质，新材质类几乎都不能单独的应用在生产中，需要做涂层或者填充才能够真正应用于工业化生产。

但是从性能的角度讲，新材质是优于传统隔膜的。

传统的隔膜分为直通孔、密闭孔、正常孔、半通孔，除正常孔外，其他孔在动力电池中均是负面作用大于正面作用。新材质类隔膜和传统隔膜相比，差异非常大，其抗拉强度比现在的隔膜要低很多，这就需要动力电池生产厂家的生产工艺和设备做出适当的调整。

新材质涂层隔膜在动力电池中的作用

1、涂层隔膜提高电池温度安全性

将市面上常见的几种隔膜从110℃加热到180℃，可以明显的感受到，除了耐高温纤维素类隔膜能保持原始的尺寸，其他隔膜热收缩率非常大，基本已经失效。总体来看，PP略优于PE，双面涂层比单面涂层要好一些。

值得注意的是，即便是涂层后隔膜耐热也只能提高30℃。而这“区区”30℃对一些三元电池的安全性来讲，可能就是通过或者不通过的区别。从这个角度看，提高隔膜性本指标对提升动力电池安全性能至关重要。

2、涂层隔膜抑制极组形变

电池生产过程中极片和隔膜难免会产生一些不能释放的应力，包括正负极材料会有一个体积变化。体积变化之后就会导致变形，涂层隔膜的目的之一是抑制极组形变，这在小电池或者是软包电池上效果非常明显，在大尺寸电池和金属壳的动力电池效果还在测试中，还没有数据。

此外，涂层也能耐一定的程度上金属杂质的击穿，还有对一些由于非常低的MD方向抗拉强度而产生的边缘拉丝和短路，改善效果非常明显的。

不同涂层隔膜的对比

天津力神在开发能量密度240wh/kg、充放电倍率为2C的软包电池时对比了氧化铝涂层和耐高温PET涂层隔膜。实验发现，耐高温PET涂层隔膜在充放电容量上高出两个百分点，在高温存储性能上却稍低两个百分点，此外将两种隔膜循环1000多次之后，容量保持率也相差不大。这证明氧化铝涂层和耐高温隔膜相比，放电倍率、容量衰减等电化学性能差异并不是很大。

但在热稳定性上，两者差异非常明显，耐高温隔膜产品的安全都是比较稳定的能够通过，涂层隔膜在做前面这几项安全测试的时候则是有机率的个别项目能够通过。比如过充试验中，PET涂层隔膜由于具有非常良好的耐高温性，不管是单体电芯还是3P模块都能通过过充测试，而同一款电池使用其他涂层隔膜仅单体可以通过，而3P模块时无法满足电池过充要求。

此外，在针刺实验上，两者的差距更为明显，使用氧化铝涂层隔膜的电池针刺完之后直接喷火失效，PET隔膜针刺之后几乎没什么反应，电池没有变化。

天津力神通过一系列实验发现，相比传统隔膜，新材质在热稳定性、孔隙率、具有非常大的优势，但同时也存在一些问题。

第一就是穿刺强度不够，有一些样品有非常弱的颗粒黏结特性，这对卷绕设备提出了挑战。有的卷绕的时候就开始掉涂层，有的虽然卷绕不掉，但是有充放电后拆完电池再看隔膜上涂层是有掉落的。

第二个问题是必须要要对生产工艺进行调整，否则，孔隙率和内阻分布非常难以控制。此外还有一些新材质对水分要求非常高，有些新财政击穿电压非常低，这些都需要对生产工艺提出了新的要求。

第三个问题则是成本问题。其实新材质隔膜从材料本身和涂层黏结剂、稳定剂来说成本并不贵，而且这些材料非常容易得到，但由于没有实现大规模产业化，成本暂时显得非常高，对推动应用也造成了影响。

第四个问题是随着电池容量的增大，安全性越来越差，做到200wh/kg的时候还有比较明显的改善效果，但能量密度再高比如300wh/kg左右时，不管是什么隔膜对安全性能测试结果似乎没有这么明显的差异。