锂离子电池特种隔膜类型梳理（一）

锂电池隔膜作为电池中分隔正极、实现电子交换的关键组成部分，其重要性不言而喻，目前市面上主流锂离子电池隔膜绝大部分采用的是以超高分子量的聚丙烯和聚乙烯为主要材料而制备成的聚烯烃微孔膜，其较低的熔点(PP为165℃、PE为135℃)和软化温度使电池易发生因隔膜熔缩导致的热失控，PP和PE为非极性高分子，电解液浸润性较差，进而导致电池内阻较大，加之其孔隙率较低(约40%)而带来的低离子电导率，因而会严重限制电池的大倍率性能，难以满足电池大电流快速充放电的需要。为提高锂电池的综合性能，除了在基膜基础上进行涂覆加工改性来提升隔膜性能外，国内外研制新一代的高性能聚合物特种隔膜，以满足市场多样化的需求。

01.PI隔膜

聚酰亚胺（Polyimide，简写为PI）指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类，是综合性能最佳的之一。PI 材料有望代替传统聚烯烃材料，成为一种理想隔膜材料。首先，PI材料具有突出的耐高温性能，长期使用温度可达 300℃，赋予隔膜良好的热尺寸稳定性，提高电池的高温使用安全性；其次，PI分子结构中含有丰富的极性基团，电解液浸润性更好，有助于提高隔膜/电解液之间的界面性能和电池的综合性能，PI材料阻燃自熄，能为锂离子电池提供了更有力的安全保障。

PI 材料凭借其突出的耐热性和良好的电解液浸润性，特别在保障电池高温使用安全性方面具有很大的竞争优势，是目前研究较多的隔膜材料。然而，PI 材料“难溶难熔”的特性限制了其成膜加工性较差。此外，纺丝过程对环境要求较为苛刻。因此，要提高 PI 隔膜的产业化进程，除了需要重点研发 PI 分子结构设计及改性机理外，PI 隔膜的成膜制备技术以及配套生产设备和工艺方面也需要加大研发力度。

02.PEEK隔膜

PEEK是一种耐热性和化学稳定性优异的芳香族聚合物，同时PEEK聚合物中的极性氧原子和碳氧双键与碳酸盐电解质具有很强的相互作用，可以保证隔膜具备优异的润湿性。
Li等运用相转化法研制了一种海绵状多孔PEEK隔膜，该膜具有良好的热稳定性和高的孔隙率(78%)，隔膜高孔隙率和对电解液优异的浸润性保证了隔膜高吸液率(251%)，隔膜良好的浸润性有利于锂离子的传输，获得较高的离子电导率，提高锂电池的速率性能，其在5C下电池表现出优异的放电容量(124.1mAh/g)。

Li等以制备的氟化PEEK为原料配置纺丝液，通过静电纺丝制备出的纳米纤维隔膜具有很高的孔隙率(88%)，三氟甲基的存在增加了极性基团的占比，使隔膜表现出优异的吸液率(559%)和良好的浸润性，降低了电池的内阻，极大地提高了隔膜的离子电导率(3.12Ms/cm)，并且隔膜也具备较高的力学性能(27.7MPa)与良好的热稳定性，增强了电池的安全性。

03.PET隔膜

涤纶的化学全称是聚对苯二甲酸乙二醇酯，缩写为PET，是一种机械性能、热力学性能、电绝缘性能均优异的材料相比聚乙烯和聚丙烯，涤纶具有更高的熔点，因此PET隔膜热稳定性更高，可以提升锂离子电池热安全性能。但PET隔膜整体孔径较大，整体力学性能较差。PET隔膜加工不需要纺纱织布，而是将纺织短纤维或长丝定向或随机排列，构成纤网结构，并采用机械、热、化学方法固定而成，PET类隔膜最具代表性的产品是德国Degussa公司开发的以PET隔膜为基底，陶瓷颗粒涂覆的复合膜，其表现出优异的耐热性能，闭孔温度高达 220℃。

PET 无纺布隔膜性能优异但成本过高，还未进入大规模商业化应用，从成本上来说，制造过程中需要根据隔膜的孔径、厚度及均匀度来采用相匹配的纤维，纤维越细则成本越高，1kg的成本或超600元，相对于目前的锂电隔膜来说 PET 隔膜的成本显著偏高。

04.间位芳纶(PMIA)隔膜

PMIA 是一种芳香族聚酰胺，其高达 400℃的热解温度能显著提高电池的安全性能。从图 16中可以看到 PMIA 薄膜是由PMIA纤维无规则排列而形成三维网络多孔结构，这种多孔结构有助于 提高隔膜的孔隙率。此外由于羰基基团的极性相对较高使得隔膜在电解液中具有较高的润湿性，从而提高了隔膜的吸液率。

PMIA的分子主链由芳香环和酰胺基团组成，其分子之间具有极强的氢键网络，是一种高耐热、高阻燃、高力学强度、高电绝缘性的高性能材料。PMIA隔膜多采用静电纺丝进行制备，静电纺丝法可以提高PMIA隔膜的比表面积，提高了材料的适用性，并且在纳米纤维隔膜中加入无机颗粒可以进一步增强隔膜耐热性。

一般而言PMIA隔膜是通过非纺织的方法（如静电纺丝法）来制造，但相转化法制造的 PMIA 薄膜更加具备商业化前景。目前由于静电纺丝法的纺丝速率极慢导致生产效率低下，使得其价格偏高从而不利于商业化大规模推广。此外静电纺丝法导致PMIA隔膜的离子电导率偏低，也不太适合用在高倍率充放电的锂电池中。而相转化法制造的PMIA薄膜由于其通用性和可控制性，更加具备商业化的前景。