中國粉體網(wǎng)訊 目前商用的鋰離子電池隔膜主要是聚烯烴類微孔膜，如聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）隔膜。雖然這類隔膜具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，但是由于其材料本身固有的非極性表面和較低的熔融溫度，使得聚烯烴類隔膜存在對電解液潤濕性差和熱穩(wěn)定性差等問題，從而影響到電池的電化學(xué)性能和安全性能，這也制約了高性能鋰離子電池的發(fā)展。因此，制備具有較高電解液吸收率，熱穩(wěn)定性高，電化學(xué)性能優(yōu)異的高性能電池隔膜對鋰離子電池的發(fā)展具有極其重要的意義。
主要隔膜制造商
勃姆石在隔膜中的應(yīng)用優(yōu)勢
勃姆石被應(yīng)用在鋰離子電池隔膜的制備上，是由于其具有以下獨(dú)特的優(yōu)勢：1）優(yōu)異的絕緣性，在電池工作放熱時膨脹，有效阻斷電流；2）足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，不會被電解液腐蝕；3）耐熱性優(yōu)良，可以有效提高鋰電池在工作放熱時的熱穩(wěn)定性；4）作為涂層材料，可有效降低涂層厚度，降低機(jī)械的磨損，而且成本低廉，性價(jià)比高。
部分研究簡述
Yang等報(bào)導(dǎo)了一種由勃姆石作為涂層材料涂覆改性的微孔PE隔膜，和常用的Al2O3涂覆材料相比，γ-AlOOH/PE膜更薄，成本更低。此外，該膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性（即使在180°C下收縮率也小于3%，而未改性PE膜變形嚴(yán)重，收縮率超過85%），出色的潤濕性（與電解液接觸角為0°），較高的離子電導(dǎo)率（6.56mS/cm）和優(yōu)秀的過充保護(hù)功能。Xu等研究了不同規(guī)格勃姆石對勃姆石涂覆改性PP膜的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)勃姆石的粒徑為0.78μm時，勃姆石改性PP膜具有最高的熱穩(wěn)定性、吸液率和離子電導(dǎo)率。
勃姆石/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維隔膜
陳仕林以醇鋁鹽作為前驅(qū)體利用溶膠凝膠法制備了穩(wěn)定勃姆石溶膠，然后將其與聚丙烯腈溶液復(fù)合形成均相紡絲液，并利用靜電紡絲的方法制備出勃姆石/聚丙烯腈（BM/PAN）復(fù)合納米纖維隔膜。
勃姆石溶膠的制備流程
BM/PAN復(fù)合納米纖維隔膜的制備流程
采用靜電紡絲法制備隔膜目前是隔膜研究工作者的熱點(diǎn)方向之一。靜電紡絲是一種制備超細(xì)（亞微米或納米尺度）連續(xù)性高分子纖維的基本方法。典型靜電紡絲裝置主要由高壓電源、注射器、噴射針頭和接受裝置組成（技術(shù)核心是在高壓電場中）。由靜電紡絲法制備的納米纖維膜具有獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還有比表面積大，孔隙率高，吸液率高等特點(diǎn)，以其作為電池隔膜能夠提高離子電導(dǎo)率，改善電池的循環(huán)和倍率性能。
靜電紡絲裝置原理圖
通過掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉紅外測試儀（FTIR）、X射線衍射儀（XRD）、差示掃描量熱儀（DSC）、熱重分析儀（TG）、接觸角測試、拉伸測試等方法，研究人員探究了不同的含量勃姆石對勃姆石/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維隔膜形貌、結(jié)構(gòu)組成、熱穩(wěn)定性、潤濕性、機(jī)械性能等的影響。
將上述復(fù)合隔膜組裝成紐扣電池，通過電化學(xué)工作站和高性能電池檢測系統(tǒng)測試了它們的離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性窗口、循環(huán)和倍率等電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，勃姆石/聚丙烯腈（BM/PAN）復(fù)合納米纖維隔膜比PP膜具有更高的孔隙率，更大的吸液率，更出色的熱穩(wěn)定性，而且組裝在電池中表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能。
其中，30 wt%BM/PAN復(fù)合納米纖維膜，綜合性能最優(yōu)。將其組裝在電池中，電池具有最大的離子電導(dǎo)率（2.85mS/cm），最高的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口（5.5 V vs Li+/Li），最小的界面內(nèi)阻（84Ω），最高的首次放電比容量（162mAh/g）和最大的放電比容量保留率（90.7%，在0.5C下充放電循環(huán)100次）。
因此，研究人員認(rèn)為，勃姆石/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維隔膜可作為商用隔膜的潛在代替品應(yīng)用在鋰離子電池中。
參考資料：
陳仕林：勃姆石/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維隔膜的制備及其性能研究，華南理工大學(xué)
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