隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，傳統(tǒng)的聚合隔膜主要具有兩個(gè)功能，第一個(gè)是電子絕緣，即保證鋰離子電池正負(fù)極之間實(shí)現(xiàn)電子絕緣，防止短路的發(fā)生。第二個(gè)功能是導(dǎo)通離子，一般而言傳統(tǒng)的隔膜都具有多孔結(jié)構(gòu)，電解液能夠滲入隔膜的內(nèi)部，使得離子能夠穿過(guò)隔膜，實(shí)現(xiàn)離子導(dǎo)通。 

 

為了保證鋰離子電池的安全性，人們?cè)O(shè)計(jì)了PP-PE-PP三層復(fù)合隔膜，該隔膜的特點(diǎn)是在電池發(fā)生短路或者放電電流過(guò)大時(shí)，由于電池溫度升高，導(dǎo)致電池內(nèi)的溫度超過(guò)隔膜中間層PE的熔點(diǎn)，但是沒(méi)有超過(guò)PP的熔點(diǎn)，熔化的PE材料能夠滲入到PP層的微孔之中，從而阻斷離子在正負(fù)極之間的遷移，因此達(dá)到阻斷鋰離子電池放電的目的，提升電池的安全性。

 

PP-PE-PP三層隔膜是鋰離子電池隔膜向著多功能化邁出的重要一步，在保證隔膜的基本功能的基礎(chǔ)上提高了鋰離子電池的安全性。 

 

隔膜的多功能化是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于提高鋰離子電池的安全性和電化學(xué)性能都有重要的意義。

 

隨著鋰離子電池比能量的提升，正極材料開(kāi)始普遍采用三元材料、錳酸鋰作為正極，三元材料存在一個(gè)很大的問(wèn)題是過(guò)渡金屬元素的溶解問(wèn)題，特別是Mn元素溶解后，會(huì)遷移到負(fù)極表面上，造成負(fù)極SEI膜破壞和再生長(zhǎng)，引起電池內(nèi)阻的上升，電池性能下降，在高溫下這一現(xiàn)象將更加明顯。

 

為了解決過(guò)渡金屬元素的溶解問(wèn)題，以色列巴伊蘭大學(xué)的Anjan Banerjee開(kāi)發(fā)了一款功能性隔膜，該隔膜具有含氮化合物，能夠捕捉在電解液中的Mn離子，減少M(fèi)n元素在負(fù)極的沉積，從而顯著的提升含Mn材料的循環(huán)性能【1】。

 

實(shí)驗(yàn)顯示，采用該款隔膜的LiMn2O4／石墨電池在55℃下循環(huán)30天，實(shí)驗(yàn)組電池容量要比對(duì)照組電池高75%-125%。通過(guò)對(duì)負(fù)極表面元素檢測(cè)，采用該功能隔膜的電池的負(fù)極表面的Mn元素比對(duì)照組低13-21倍。XRD衍射數(shù)據(jù)顯示，采用該隔膜的LMO材料晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變要明顯小于對(duì)照組，這表明通過(guò)凈化電解液中的Mn元素，可以有效的抑制正極活性物質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，提升電池的循環(huán)性能。通過(guò)凈化電解液中的Mn元素，能夠減少遷移的負(fù)極的Mn元素，從而減少SEI膜的破壞，提升電池的循環(huán)性能。 

 

造成正極材料中的過(guò)渡金屬元素的溶解、電池性能下降等問(wèn)題的很重要的一個(gè)原因就是電解液中分解產(chǎn)生的HF，電解液中的HF主要是因?yàn)長(zhǎng)iPF6分解導(dǎo)致的。

 

LiPF6在電解液中會(huì)發(fā)生分解LiPF6=LiF+PF5，在電解液中有水存在的前提下，PF5會(huì)進(jìn)一步發(fā)生分解PF5+H2O=2HF+PF3O，上述反應(yīng)產(chǎn)生的HF和路易斯酸（PF5、PF3O等）會(huì)引發(fā)鋰離子電池內(nèi)的副反應(yīng)，導(dǎo)致電池性能下降，例如研究顯示在LiFePO4／石墨電池中添加1000ppm的水分就會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命出現(xiàn)顯著的下降，壽命不足50次，EIS測(cè)試表明在給電池中增加水分后會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻明顯的增加，這說(shuō)明額外的水分是引起電解液中LiPF6發(fā)生分解，產(chǎn)生的HF和路易斯酸會(huì)在電池內(nèi)引發(fā)副反應(yīng)，從而使的鋰離子電池生成高阻抗的SEI膜，影響鋰離子電池的壽命【2】。

 

為了解決鋰離子電池內(nèi)部由于LiPF6分解所產(chǎn)生的HF和路易斯酸等對(duì)電池壽命的影響，以色列巴伊蘭大學(xué)的Anjan Banerjee設(shè)計(jì)了一款能夠凈化電解液中HF等酸性物質(zhì)的功能的隔膜，該隔膜的突出特點(diǎn)是在保證了隔膜正常功能的前提下，通過(guò)在隔膜內(nèi)加入具有除去HF功能的4-乙烯基吡啶（DVB-4VP）材料，從而達(dá)到了清除電解液中的HF等酸性物質(zhì)的目的，進(jìn)而提升鋰離子電池的循環(huán)性能【3】。

 

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，采用上述功能隔膜的LMO／石墨電池在經(jīng)過(guò)55℃高溫循環(huán)后，容量保持率的到了明顯的提升。在經(jīng)過(guò)180次循環(huán)后，對(duì)照組電池容量衰降了71%，而采用功能隔膜的實(shí)驗(yàn)組容量損失僅為39%。表明該隔膜很好的對(duì)電解液中的HF等酸性物質(zhì)進(jìn)行了凈化，減少了副反應(yīng)的發(fā)生，提升了電池的循環(huán)壽命。

 

上述的幾種隔膜主要功能是通過(guò)對(duì)電解液進(jìn)行凈化，從而達(dá)到提升鋰離子電池性能的目的，在鋰離子電池使用中我們非常關(guān)注的另外一點(diǎn)就是鋰離子電池的安全性。特別是三星發(fā)生Note7手機(jī)爆炸事故后，我們對(duì)鋰離子電池的安全性問(wèn)題也更加關(guān)注。鋰枝晶問(wèn)題是引起鋰離子電池安全性降低的一個(gè)重要原因，導(dǎo)致鋰離子電池鋰枝晶產(chǎn)生的原因很多，例如N/P比不合理，低溫充電和大倍率充電等都可能導(dǎo)致負(fù)極鋰枝晶問(wèn)題。鋰枝晶產(chǎn)生后，可能會(huì)穿透隔膜，引起正負(fù)極短路，因此在鋰離子電池的使用過(guò)程中要盡可能的避免鋰枝晶產(chǎn)生。