15 锂离子电池用陶瓷改性隔膜性能研究_陈彤红
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从表 4 还可以看出，随着涂层厚度的增加，陶 瓷改性隔膜的透气性变化不大。透气性与组装电池 后的离子电导率成正比，而离子电导率决定了电池 的内阻和倍率性能，这说明陶瓷改性隔膜随着涂层 厚度增加对电池的内阻影响不大。 ３．４ 双面涂覆与单面涂覆对陶瓷改性隔膜性能的 影响
采 用 同 样 的 基 膜 ，同 样 的 涂 布 液 ，进 行 了 不 同 厚度的单双面涂覆试验，结果如表 5 所示。
收稿日期：2014- 11- 20 作者简介：陈彤红（1977-），女，河北南宫人，高级工程师，从事研发
工作。
时材料会因熔化而收缩变形，给电池的安全性带 来 潜 在 的 隐 患 [4]。
陶瓷改性隔膜，是将陶瓷涂层涂覆于基膜上， 形成的复合多孔膜。（1）由于陶瓷材料对电解液具 有良好的润湿性和保液性，有助于延长电池的循环 寿命；（2） 由于陶瓷的刚性支撑作用，使得陶瓷改 性隔膜高温时具有优良的热稳定性和尺寸完整性， 可 提 高 电 池 的 安 全 性 能 ；（3）基 膜 与 正 负 极 之 间 存 在着陶瓷材料，即基膜与正负极之间存有一定的缝 隙，更加有利于电池的散热；（4）陶瓷涂层的孔隙率 大于隔膜的孔隙率，能有效提高电芯的吸液率[5]。 本文通过陶瓷涂覆对聚烯烃隔膜进行改性，对改性 前后的亲液性进行 了对比研究，并 对 陶 瓷 涂 层 配 方 进行了深入的研究，主要研究了陶瓷涂层配方中氧 化铝的生产厂家、涂层厚度以及单双面涂覆对陶瓷 改性隔膜性能的影响。
４
表 １ 测试项目及采用的标准 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｓｔ ｉｔｅｍｓ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ
3 结果与讨论
３．１ 陶瓷涂覆改性前后对电解液亲液性的影响 测试电解液与陶瓷涂覆改性前后隔膜的接触
角，并通过滴下瞬间的照片对比观察涂覆改性前后 隔膜对电解液的亲和性，见表 2 和图 1。
表 ２ 电解液与陶瓷涂覆改性前后隔膜的接触角 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｏｎ ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
由表 2 和图 1 可以看出陶瓷改性隔膜对电解 液的 亲和性明显优 于基 膜 ，这 是 由 于 基 膜 为 聚 烯 烃类聚合物多微孔膜，由于聚烯烃大分子链的存 在，使隔膜的表面具有低的表面能，因此对电解 液亲和性较差。而陶瓷涂层的主要成分为超细氧 化铝，其具有较大的比表面积，而且陶瓷之间存 在孔洞，有利于与电解液之间的亲和，能增加隔
4 结论
（1） 陶瓷涂覆改性隔膜对电解液的亲和性和吸 收电解液的速度明显优于基膜；
（2）不同氧化铝对涂层的物化性能影响不大； （3）陶瓷涂层厚度为基材厚度的 0.2~0.25，陶瓷 改性隔膜的耐热性最优； （4）同样涂层厚度，双面涂覆隔膜耐热收缩性能 优于单面涂覆隔膜。
参考文献 [1]吴 凯，张 耀，曾毓群,等.锂离子电池安全性能研究[J].化学进
从表 3 可以看出与基膜相比陶瓷改性隔膜的
图 ３ 涂层厚度和热收缩的关系曲线 Ｆｉｇ ３ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃｏａｔｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
５
RESEARCH ＆ DEVELOPMENT
Information Recording Materials 2015 Vol.16No.2
翔宇化工工贸有限公司；氢氧化钠，天津福晨化学试 剂厂；等 ２．３ 实验方法 2.3.1 涂布液的配制
（1）陶瓷分散液的制备 用电子天平称取一定量的水，加入一定量的氧 化铝超细粉体，用实验室用熔化装置（六孔水浴）搅 拌浸润，加入一定量的分散剂，之后用砂磨机砂磨一 段时间，得到陶瓷分散液。 （2）陶瓷涂布液的制备 将陶瓷分散液与粘合剂混合搅拌一段时间，得 到陶瓷涂布液。 （3）陶瓷涂布液的涂覆 将制备好的陶瓷涂布液涂覆于基膜上。 ２．４ 测试与表征（表 １）
为了确定基膜厚度与涂层厚度的匹配性，进行 了不同涂层厚度对涂层耐热性的影响实验，结果见 表 4 和图 3。
表 ４ 涂层厚度与陶瓷改性隔膜热收缩和透气性之间的关系 Ｔａｂｌｅ ４ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
公司； 231 型 pH 玻璃电极，上海电光器件厂； 饱和 KCl 参比电极，上海电光器件厂； JSM 一 6360 扫描电镜，日本电子株式会社； 拉力机，深圳万测； 透气性仪器，TORY·NY·USA； 电热干燥箱，中国重庆银河试验仪器有限公司
２．２ 试剂 氧 化 铝 ，浙 江 超 微 细 化 工 有 限 公 司 ；盐 酸 , 天 津
分别采用 3 种锂电池隔膜专用氧化铝进行了 试 验 ，采 用 同 样 的 条 件 进 行 了 涂 覆 ，测 试 结 果 如 表 3 所示。
表 ３ 陶瓷改性隔膜的物化性能 Ｔａｂｌｅ ３ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ
ｓｅｐａｒａｔｏｒ
ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
ａ 电解液滴到基膜上瞬间照片 ｂ 电解液滴到陶瓷改性隔膜瞬间照片 图 １ 陶瓷涂覆改性前后隔膜的亲液性
Ｆｉｇ １ Ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｏｆ ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
信息记录材料 ２０１５ 年 第 １６ 卷 第 ２ 期
研究与开发
膜 与 电 解 液 的 接 触 面 ，与 电 解 液 的 亲 和 性 良 好 。 为试验陶瓷改性前后的隔膜对电解液的吸
收 速 度 ，我 们 采 用 同 样 的 电 解 液 ，同 时 滴 到 基 膜 和 陶 瓷 改 性 隔 膜 上 ，拍 摄 不 同 时 间 的 照 片 如 图 2 所示。
展，2011,3:401- 409. [2]黄锦娴，吴耀根，廖凯明,等. 锂离子电池聚烯烃隔膜安全性
能的探讨[J].锂离子电池隔膜，2009,3:67- 71. [3]巫晓鑫，吴水珠，赵建青,等.锂离子电池聚烯烃隔膜改性及功
能化研究[J].合成材料老化与应用，2012,4:43- 48. [4]姚汪兵，陈萍，周元,等.陶瓷涂层隔膜对锂离子电池性能影响
３ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RESEARCH ＆ DEVELOPMENT
Information Recording Materials 2015 Vol.16No.2
2 实验
２．１ 仪器与设备 实验室用熔化装置（六孔水浴），中国乐凯胶片
公司监制； 天津凯普机械有限公司制造； PG—S 型电子天平，梅特勒·托利多仪器 （上
海）有限公司； 320 型 pH 计，梅特勒·托利多仪器（上海）有限
实验结果表明，采用 20μm 基膜时，当陶瓷涂 层厚度 达到 4μm 时，隔 膜 的 热 收 缩 性 能 明 显 改 善。主要原因是：如果涂层过薄，在受热时，陶瓷涂 层不能够起到阻止 PE 基膜收缩的作用，故收缩率 改善不明显。如果涂层过厚，则导致成本增加，因 此，当采用 20μm 基膜时，涂层厚度最优控制在 4~5μm，即涂层厚度为基材厚度的 0.2~0.25 倍为 最优。
[J].电池工业，2013,8:124- 127. [5]赵丽利, 朱永平，王学营.无机涂层改善锂离子电池聚烯烃隔
膜性能研究[J].无机材料学报，2013,12:1296- 1300.
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单面涂覆隔膜 １３５℃烘前
单面涂覆隔膜 １３５℃烘后
双面涂覆隔膜 １３５℃烘前
双面涂覆隔膜 １３５℃烘后
图 ４ 单双面陶瓷改性隔膜热收缩对比 Ｆｉｇ ４ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ- ｓｉｄｅ ｏｒ ｄｏｕｂｌｅ- ｓｉｄｅｄ
ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ
表 ５ 单双面陶瓷改性隔膜的物化性能 Ｔａｂｌｅ ５ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ
ｓｉｎｇｌｅ- ｓｉｄｅ ｏｒ ｄｏｕｂｌｅ- ｓｉｄｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ
从表 5 和图 4 可以看出：采用同样基膜，虽然 单面涂覆总涂层厚度 25.7μm 大于双面总涂层厚 度 24μm，但双面涂覆隔膜的热收缩明显 优于单 面涂覆隔膜。这是由于单面涂覆时，基膜双面受 力 不 一 致 ，受 热 时 容 易 卷 曲 变 形 。而 双 面 涂 覆 时 ， 基膜两面都有陶瓷涂层的刚性支撑。 ６
关键词： 隔膜；陶瓷；锂离子；亲液性；耐热性；透气性 中图分类号： TQ31 文献标识码： A 文章编号：１００９ － ５６２４ －（２０１５）０２ － ０００３ － ０５ DOI:10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2015.02.001
1 引言
锂 离 子 电 池 因 具 有 工 作 电 压 高 、能 量 密 度 大 、 重 量 轻 、无 污 染 等 优 点 ，成 为 各 类 电 子 产 品 的 主 力电源 [1，2]。隔膜在 锂离 子 电 池 中 起 着 隔 离 正 负 极，防止短路的作用，因此隔膜对电池中的安全 性起着非常重要的作用。但是在电池内部的传统 隔 膜 仍 然 存 在 不 足 ：（1）由 于 传 统 的 隔 膜 由 聚 烯 烃 类聚合物制备，聚烯烃类聚合物结晶度高且极性 小，而锂离子电池中使用的电解液通常是极性高的 有机溶剂，因此聚烯烃聚合物与电解液的亲和性不 好 ，不 能 被 电 解 液 充 分 溶 胀 ，绝 大 部 分 电 解 液 存 在 于 孔 隙 中 ，从 而 容 易 发 生 电 解 液 的 泄 漏 [3]；（2）由 于 传统的聚烯烃类聚合物隔膜 （基膜） 在接近熔点
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研究与开发
锂离子电池用陶瓷改性隔膜性能研究
陈彤红 1，鲁若娜 2，梁立华 1，赵义丽 1
（1.中国乐凯集团有限公司 研究院，保定 071054； 2.昆山乐凯锦富光电科技有限公司，昆山 215301）
摘 要： 锂离子电池目前已经成为各类电子产品的主力电源，隔膜作为其重要组成部分，对电池的安全性起着 至关重要的作用。因传统的聚烯烃隔膜与电解液的亲和性差，且接近熔点时容易变形收缩等使用局限性，在应用 于大容量、高功率的电子产品时，需要对隔膜进行改性。本文通过陶瓷涂覆对聚烯烃隔膜进行改性，对改性前后 的亲液性进行了对比研究，并对陶瓷涂层配方进行了深入的研究，主要研究了陶瓷涂层配方中氧化铝 、涂层厚度 以及单双面涂覆对陶瓷改性隔膜性能的影响。
拉伸强度和断裂伸长稍低，没有发生大的变化， 这是由于起机械支撑作用的是主要是基膜，涂覆 陶瓷后，隔膜的最大拉断力不变，而厚度有所增 加 ，因 而 拉 伸 强 度 会 有 所 降 低 。
从表 3 还可以看出不同厂家的氧化铝对涂层的 物化性能和耐热性影响不大。这可能是因为透气性 主要由陶瓷分散液的平均粒径和粒度分布决定，耐 热性和力学性能主要与氧化铝本身性质决定和粘合 剂的选择有关。不同厂家氧化铝的差别主要是原始 粒度分布、纯度，经过研磨工艺研究试验，不同厂家 氧化铝的粒度分布都能达到目标的粒度范围，最终 涂布液的粒度分布相当。而氧化铝的纯度主要影响 涂层的电化学性能，对耐热性影响不大。 ３．３ 不同涂层厚度对陶瓷改性隔膜性能的影响
图 ２ 电解液在不同隔膜上不同时间照片 Ｆｉｇ ２ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｗｅｔｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ
ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
从图 2 可以看出，电解液滴在不同隔膜表面后， 在陶瓷改性隔膜上快速扩散、吸收，而在基膜上扩散 速度缓慢。说明陶瓷改性隔膜对电解液的吸收速度 明显高于基膜，这将有利于后期组装电池过程中，提 高电解液的注液速度，提高注液效率。 ３．２ 不同氧化铝对陶瓷改性隔膜性能的影响
采 用 同 样 的 基 膜 ，同 样 的 涂 布 液 ，进 行 了 不 同 厚度的单双面涂覆试验，结果如表 5 所示。
收稿日期：2014- 11- 20 作者简介：陈彤红（1977-），女，河北南宫人，高级工程师，从事研发
工作。
时材料会因熔化而收缩变形，给电池的安全性带 来 潜 在 的 隐 患 [4]。
陶瓷改性隔膜，是将陶瓷涂层涂覆于基膜上， 形成的复合多孔膜。（1）由于陶瓷材料对电解液具 有良好的润湿性和保液性，有助于延长电池的循环 寿命；（2） 由于陶瓷的刚性支撑作用，使得陶瓷改 性隔膜高温时具有优良的热稳定性和尺寸完整性， 可 提 高 电 池 的 安 全 性 能 ；（3）基 膜 与 正 负 极 之 间 存 在着陶瓷材料，即基膜与正负极之间存有一定的缝 隙，更加有利于电池的散热；（4）陶瓷涂层的孔隙率 大于隔膜的孔隙率，能有效提高电芯的吸液率[5]。 本文通过陶瓷涂覆对聚烯烃隔膜进行改性，对改性 前后的亲液性进行 了对比研究，并 对 陶 瓷 涂 层 配 方 进行了深入的研究，主要研究了陶瓷涂层配方中氧 化铝的生产厂家、涂层厚度以及单双面涂覆对陶瓷 改性隔膜性能的影响。
４
表 １ 测试项目及采用的标准 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｓｔ ｉｔｅｍｓ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ
3 结果与讨论
３．１ 陶瓷涂覆改性前后对电解液亲液性的影响 测试电解液与陶瓷涂覆改性前后隔膜的接触
角，并通过滴下瞬间的照片对比观察涂覆改性前后 隔膜对电解液的亲和性，见表 2 和图 1。
表 ２ 电解液与陶瓷涂覆改性前后隔膜的接触角 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｏｎ ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
由表 2 和图 1 可以看出陶瓷改性隔膜对电解 液的 亲和性明显优 于基 膜 ，这 是 由 于 基 膜 为 聚 烯 烃类聚合物多微孔膜，由于聚烯烃大分子链的存 在，使隔膜的表面具有低的表面能，因此对电解 液亲和性较差。而陶瓷涂层的主要成分为超细氧 化铝，其具有较大的比表面积，而且陶瓷之间存 在孔洞，有利于与电解液之间的亲和，能增加隔
4 结论
（1） 陶瓷涂覆改性隔膜对电解液的亲和性和吸 收电解液的速度明显优于基膜；
（2）不同氧化铝对涂层的物化性能影响不大； （3）陶瓷涂层厚度为基材厚度的 0.2~0.25，陶瓷 改性隔膜的耐热性最优； （4）同样涂层厚度，双面涂覆隔膜耐热收缩性能 优于单面涂覆隔膜。
参考文献 [1]吴 凯，张 耀，曾毓群,等.锂离子电池安全性能研究[J].化学进
从表 3 可以看出与基膜相比陶瓷改性隔膜的
图 ３ 涂层厚度和热收缩的关系曲线 Ｆｉｇ ３ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
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５
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翔宇化工工贸有限公司；氢氧化钠，天津福晨化学试 剂厂；等 ２．３ 实验方法 2.3.1 涂布液的配制
（1）陶瓷分散液的制备 用电子天平称取一定量的水，加入一定量的氧 化铝超细粉体，用实验室用熔化装置（六孔水浴）搅 拌浸润，加入一定量的分散剂，之后用砂磨机砂磨一 段时间，得到陶瓷分散液。 （2）陶瓷涂布液的制备 将陶瓷分散液与粘合剂混合搅拌一段时间，得 到陶瓷涂布液。 （3）陶瓷涂布液的涂覆 将制备好的陶瓷涂布液涂覆于基膜上。 ２．４ 测试与表征（表 １）
为了确定基膜厚度与涂层厚度的匹配性，进行 了不同涂层厚度对涂层耐热性的影响实验，结果见 表 4 和图 3。
表 ４ 涂层厚度与陶瓷改性隔膜热收缩和透气性之间的关系 Ｔａｂｌｅ ４ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
公司； 231 型 pH 玻璃电极，上海电光器件厂； 饱和 KCl 参比电极，上海电光器件厂； JSM 一 6360 扫描电镜，日本电子株式会社； 拉力机，深圳万测； 透气性仪器，TORY·NY·USA； 电热干燥箱，中国重庆银河试验仪器有限公司
２．２ 试剂 氧 化 铝 ，浙 江 超 微 细 化 工 有 限 公 司 ；盐 酸 , 天 津
分别采用 3 种锂电池隔膜专用氧化铝进行了 试 验 ，采 用 同 样 的 条 件 进 行 了 涂 覆 ，测 试 结 果 如 表 3 所示。
表 ３ 陶瓷改性隔膜的物化性能 Ｔａｂｌｅ ３ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ
ｓｅｐａｒａｔｏｒ
ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
ａ 电解液滴到基膜上瞬间照片 ｂ 电解液滴到陶瓷改性隔膜瞬间照片 图 １ 陶瓷涂覆改性前后隔膜的亲液性
Ｆｉｇ １ Ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｏｆ ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
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膜 与 电 解 液 的 接 触 面 ，与 电 解 液 的 亲 和 性 良 好 。 为试验陶瓷改性前后的隔膜对电解液的吸
收 速 度 ，我 们 采 用 同 样 的 电 解 液 ，同 时 滴 到 基 膜 和 陶 瓷 改 性 隔 膜 上 ，拍 摄 不 同 时 间 的 照 片 如 图 2 所示。
展，2011,3:401- 409. [2]黄锦娴，吴耀根，廖凯明,等. 锂离子电池聚烯烃隔膜安全性
能的探讨[J].锂离子电池隔膜，2009,3:67- 71. [3]巫晓鑫，吴水珠，赵建青,等.锂离子电池聚烯烃隔膜改性及功
能化研究[J].合成材料老化与应用，2012,4:43- 48. [4]姚汪兵，陈萍，周元,等.陶瓷涂层隔膜对锂离子电池性能影响
３ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RESEARCH ＆ DEVELOPMENT
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2 实验
２．１ 仪器与设备 实验室用熔化装置（六孔水浴），中国乐凯胶片
公司监制； 天津凯普机械有限公司制造； PG—S 型电子天平，梅特勒·托利多仪器 （上
海）有限公司； 320 型 pH 计，梅特勒·托利多仪器（上海）有限
实验结果表明，采用 20μm 基膜时，当陶瓷涂 层厚度 达到 4μm 时，隔 膜 的 热 收 缩 性 能 明 显 改 善。主要原因是：如果涂层过薄，在受热时，陶瓷涂 层不能够起到阻止 PE 基膜收缩的作用，故收缩率 改善不明显。如果涂层过厚，则导致成本增加，因 此，当采用 20μm 基膜时，涂层厚度最优控制在 4~5μm，即涂层厚度为基材厚度的 0.2~0.25 倍为 最优。
[J].电池工业，2013,8:124- 127. [5]赵丽利, 朱永平，王学营.无机涂层改善锂离子电池聚烯烃隔
膜性能研究[J].无机材料学报，2013,12:1296- 1300.
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单面涂覆隔膜 １３５℃烘前
单面涂覆隔膜 １３５℃烘后
双面涂覆隔膜 １３５℃烘前
双面涂覆隔膜 １３５℃烘后
图 ４ 单双面陶瓷改性隔膜热收缩对比 Ｆｉｇ ４ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ- ｓｉｄｅ ｏｒ ｄｏｕｂｌｅ- ｓｉｄｅｄ
ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ
表 ５ 单双面陶瓷改性隔膜的物化性能 Ｔａｂｌｅ ５ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ
ｓｉｎｇｌｅ- ｓｉｄｅ ｏｒ ｄｏｕｂｌｅ- ｓｉｄｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ
从表 5 和图 4 可以看出：采用同样基膜，虽然 单面涂覆总涂层厚度 25.7μm 大于双面总涂层厚 度 24μm，但双面涂覆隔膜的热收缩明显 优于单 面涂覆隔膜。这是由于单面涂覆时，基膜双面受 力 不 一 致 ，受 热 时 容 易 卷 曲 变 形 。而 双 面 涂 覆 时 ， 基膜两面都有陶瓷涂层的刚性支撑。 ６
关键词： 隔膜；陶瓷；锂离子；亲液性；耐热性；透气性 中图分类号： TQ31 文献标识码： A 文章编号：１００９ － ５６２４ －（２０１５）０２ － ０００３ － ０５ DOI:10.16009/j.cnki.cn13-1295/tq.2015.02.001
1 引言
锂 离 子 电 池 因 具 有 工 作 电 压 高 、能 量 密 度 大 、 重 量 轻 、无 污 染 等 优 点 ，成 为 各 类 电 子 产 品 的 主 力电源 [1，2]。隔膜在 锂离 子 电 池 中 起 着 隔 离 正 负 极，防止短路的作用，因此隔膜对电池中的安全 性起着非常重要的作用。但是在电池内部的传统 隔 膜 仍 然 存 在 不 足 ：（1）由 于 传 统 的 隔 膜 由 聚 烯 烃 类聚合物制备，聚烯烃类聚合物结晶度高且极性 小，而锂离子电池中使用的电解液通常是极性高的 有机溶剂，因此聚烯烃聚合物与电解液的亲和性不 好 ，不 能 被 电 解 液 充 分 溶 胀 ，绝 大 部 分 电 解 液 存 在 于 孔 隙 中 ，从 而 容 易 发 生 电 解 液 的 泄 漏 [3]；（2）由 于 传统的聚烯烃类聚合物隔膜 （基膜） 在接近熔点
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研究与开发
锂离子电池用陶瓷改性隔膜性能研究
陈彤红 1，鲁若娜 2，梁立华 1，赵义丽 1
（1.中国乐凯集团有限公司 研究院，保定 071054； 2.昆山乐凯锦富光电科技有限公司，昆山 215301）
摘 要： 锂离子电池目前已经成为各类电子产品的主力电源，隔膜作为其重要组成部分，对电池的安全性起着 至关重要的作用。因传统的聚烯烃隔膜与电解液的亲和性差，且接近熔点时容易变形收缩等使用局限性，在应用 于大容量、高功率的电子产品时，需要对隔膜进行改性。本文通过陶瓷涂覆对聚烯烃隔膜进行改性，对改性前后 的亲液性进行了对比研究，并对陶瓷涂层配方进行了深入的研究，主要研究了陶瓷涂层配方中氧化铝 、涂层厚度 以及单双面涂覆对陶瓷改性隔膜性能的影响。
拉伸强度和断裂伸长稍低，没有发生大的变化， 这是由于起机械支撑作用的是主要是基膜，涂覆 陶瓷后，隔膜的最大拉断力不变，而厚度有所增 加 ，因 而 拉 伸 强 度 会 有 所 降 低 。
从表 3 还可以看出不同厂家的氧化铝对涂层的 物化性能和耐热性影响不大。这可能是因为透气性 主要由陶瓷分散液的平均粒径和粒度分布决定，耐 热性和力学性能主要与氧化铝本身性质决定和粘合 剂的选择有关。不同厂家氧化铝的差别主要是原始 粒度分布、纯度，经过研磨工艺研究试验，不同厂家 氧化铝的粒度分布都能达到目标的粒度范围，最终 涂布液的粒度分布相当。而氧化铝的纯度主要影响 涂层的电化学性能，对耐热性影响不大。 ３．３ 不同涂层厚度对陶瓷改性隔膜性能的影响
图 ２ 电解液在不同隔膜上不同时间照片 Ｆｉｇ ２ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｗｅｔｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ
ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ- ｃｏａｔｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ
从图 2 可以看出，电解液滴在不同隔膜表面后， 在陶瓷改性隔膜上快速扩散、吸收，而在基膜上扩散 速度缓慢。说明陶瓷改性隔膜对电解液的吸收速度 明显高于基膜，这将有利于后期组装电池过程中，提 高电解液的注液速度，提高注液效率。 ３．２ 不同氧化铝对陶瓷改性隔膜性能的影响