中國粉體網訊 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穩定性和機械強度，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定性差等問題，從而影響到電池的電化學性能和安全性能，這也制約了高性能鋰離子電池的發展。因此，制備具有較高電解液吸收率，熱穩定性高，電化學性能優異的高性能電池隔膜對鋰離子電池的發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用優勢
勃姆石被應用在鋰離子電池隔膜的制備上，是由于其具有以下獨特的優勢：1）優異的絕緣性，在電池工作放熱時膨脹，有效阻斷電流；2）足夠的化學和電化學穩定性，不會被電解液腐蝕；3）耐熱性優良，可以有效提高鋰電池在工作放熱時的熱穩定性；4）作為涂層材料，可有效降低涂層厚度，降低機械的磨損，而且成本低廉，性價比高。
部分研究簡述
Yang等報導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，該膜具有優異的熱穩定性（即使在180°C下收縮率也小于3%，而未改性PE膜變形嚴重，收縮率超過85%），出色的潤濕性（與電解液接觸角為0°），較高的離子電導率（6.56mS/cm）和優秀的過充保護功能。Xu等研究了不同規格勃姆石對勃姆石涂覆改性PP膜的影響。實驗表明，當勃姆石的粒徑為0.78μm時，勃姆石改性PP膜具有最高的熱穩定性、吸液率和離子電導率。
勃姆石/聚丙烯腈復合納米纖維隔膜
陳仕林以醇鋁鹽作為前驅體利用溶膠凝膠法制備了穩定勃姆石溶膠，然后將其與聚丙烯腈溶液復合形成均相紡絲液，并利用靜電紡絲的方法制備出勃姆石/聚丙烯腈（BM/PAN）復合納米纖維隔膜。
勃姆石溶膠的制備流程
BM/PAN復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方向之一。靜電紡絲是一種制備超細（亞微米或納米尺度）連續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特的三維網絡結構，還有比表面積大，孔隙率高，吸液率高等特點，以其作為電池隔膜能夠提高離子電導率，改善電池的循環和倍率性能。
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/聚丙烯腈復合納米纖維隔膜形貌、結構組成、熱穩定性、潤濕性、機械性能等的影響。
將上述復合隔膜組裝成紐扣電池，通過電化學工作站和高性能電池檢測系統測試了它們的離子電導率、電化學穩定性窗口、循環和倍率等電化學性能。實驗結果表明，勃姆石/聚丙烯腈（BM/PAN）復合納米纖維隔膜比PP膜具有更高的孔隙率，更大的吸液率，更出色的熱穩定性，而且組裝在電池中表現出更優異的電化學性能。
其中，30 wt%BM/PAN復合納米纖維膜，綜合性能最優。將其組裝在電池中，電池具有最大的離子電導率（2.85mS/cm），最高的電化學穩定性窗口（5.5 V vs Li+/Li），最小的界面內阻（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100次）。
因此，研究人員認為，勃姆石/聚丙烯腈復合納米纖維隔膜可作為商用隔膜的潛在代替品應用在鋰離子電池中。
參考資料：
陳仕林：勃姆石/聚丙烯腈復合納米纖維隔膜的制備及其性能研究，華南理工大學
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