鋰電池隔膜需具備以下性能。①穩(wěn)定性高。為防止電池短路，隔膜需具有良好的絕緣性以達(dá)到隔離正負(fù)極的作用；由于電解液的溶劑大多為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物，這就要求隔膜要有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，避免被電池電解液腐蝕，保證電池壽命；足夠的拉伸強(qiáng)度和較小的收縮率可以有效防止隔膜變形。②一致性好。隔膜在保證一定力學(xué)強(qiáng)度的情況下要做到盡可能薄，在保證一定孔徑的情況下做到孔隙率盡可能大，既要有良好的透過(guò)性又要對(duì)電解液具有較好的浸潤(rùn)能力，才能保證隔膜較低的電阻和較高的離子導(dǎo)電性，從而提升電池能量密度和充放電性能。③安全性高。隔膜要具有足夠的穿刺強(qiáng)度和盡可能高的熔化溫度以及合適的閉孔溫度，既可以防止鋰枝晶刺穿隔膜或隔膜融化造成電池短路，又可以防止電池過(guò)熱。

1、隔膜生產(chǎn)工藝

鋰離子電池隔膜制備的核心工藝為微孔制備技術(shù)，根據(jù)其工藝的不同主要分為干法工藝、濕法工藝和紡絲工藝。

1.1干法工藝

干法與濕法的區(qū)別主要在于生產(chǎn)過(guò)程中是否需要溶劑。干法工藝生產(chǎn)隔膜主要分為四步：加熱熔融，擠壓，退火，拉伸。干法工藝流程如圖1所示，首先將聚合物原料加熱至熔點(diǎn)，熔融狀態(tài)的聚合物通過(guò)擠出機(jī)的作用被擠成無(wú)孔聚合物薄膜，將無(wú)孔聚合物薄膜進(jìn)行熱退火處理來(lái)促進(jìn)微晶(高度取向的片層晶體)的生成。退火后生成的高結(jié)晶度無(wú)孔聚合物薄膜通過(guò)拉伸(低溫拉伸、高溫拉伸和松弛)產(chǎn)生孔隙[1]。根據(jù)拉伸過(guò)程在單軸或雙軸方向的區(qū)別，干法工藝又可分為干法單向拉伸和干法雙向拉伸，前者只是在縱軸方向上拉伸(隔膜具有各向異性)，后者一般在較低溫度下先進(jìn)行縱向拉伸，然后在較高溫度下進(jìn)行橫向拉伸。

干法單向拉伸工藝主要以PP為原料。國(guó)外的干法單向拉伸技術(shù)原來(lái)由Celgard公司掌握，而后日本宇部公司向Celgard購(gòu)買了該項(xiàng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)干法單向拉伸技術(shù)由星源材質(zhì)在2008年成功突破。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)內(nèi)干法單向拉伸技術(shù)已非常成熟，國(guó)產(chǎn)化率較高，成本較低。但干法單向拉伸隔膜的橫向強(qiáng)度較低，孔狀結(jié)構(gòu)呈狹縫狀，孔徑分布和孔隙率較難控制，隔膜厚度較大，這些指標(biāo)都會(huì)影響鋰離子的交換[11-12]。單向拉伸的隔膜在高溫下易收縮甚至熔化，威脅電池安全。干法雙向拉伸是單向拉伸的改進(jìn)工藝，由中科院化學(xué)所開(kāi)發(fā)，該法生產(chǎn)的隔膜通常具有較寬的孔徑分布，導(dǎo)致電池在使用過(guò)程中電流傳輸不均勻，易出現(xiàn)循環(huán)性能差、微短路等問(wèn)題，且該工藝提升空間有限。目前，美國(guó)Celgard公司、日本UBE公司、星源材質(zhì)等廠商均采用干法單向拉伸工藝生產(chǎn)隔膜制品。

1.2濕法工藝

濕法工藝又稱為熱致相分離法(TIPS)，主要利用熱致相分離原理生產(chǎn)單層PE隔膜。如圖2所示，濕法工藝的基本過(guò)程為：在高溫下將聚合物溶于高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液，然后降溫冷卻，形成液固或液液相分離，再將其中的高沸點(diǎn)溶劑萃取，經(jīng)過(guò)干燥、熱處理等工序獲得一定結(jié)構(gòu)形狀的高分子微孔膜。微孔膜制造的單向或雙向拉伸可以在溶劑萃取前或萃取后進(jìn)行。與干法相比，濕法工藝需要橫縱雙向拉伸，因而生產(chǎn)難度更高、工藝流程更長(zhǎng)，且對(duì)設(shè)備要求精度高，同時(shí)產(chǎn)品孔徑也更加均勻、性能更出色。濕法工藝制備的隔膜適用于大功率電池，在動(dòng)力電池中滲透率較高。目前，日本AsahiKasai、Toray、韓國(guó)SK、恩捷股份、中材科技、滄州明珠等廠商均采用濕法工藝路線。

1.3紡絲工藝

隔膜紡絲工藝主要包括靜電紡絲工藝和熔噴紡絲工藝。靜電紡絲工藝用于制備納米纖維及非織造隔膜，所制造的隔膜孔隙率高、耐熱性能好，但存在強(qiáng)度差的問(wèn)題。WU等利用靜電紡絲法制備了復(fù)合納米纖維膜，采用該隔膜的電池安全性能大幅提升。BAO等采用靜電紡絲法制備了摻雜有石墨烯的納米纖維薄膜，發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入有效增強(qiáng)了薄膜的力學(xué)性能。熔噴紡絲工藝以單一聚合物或多種聚合物共混料為原料，通過(guò)熔噴拉絲后熱黏合固結(jié)成網(wǎng)，其隔膜制品孔隙率和安全性能有較大提升，但存在耐熱性較差的缺陷。高會(huì)普利用熔噴紡絲工藝制備出聚偏氟乙烯(PVDF)-六氟丙烯(HFP)/SiO2復(fù)合隔膜，與商業(yè)化PE隔膜相比，表現(xiàn)出更優(yōu)良的孔隙率，由該隔膜組裝的電池表現(xiàn)出較高的容量保持率。

2、隔膜改性

盡管目前商用鋰離子電池隔膜多以聚烯烴材料為主，但也存在許多缺陷。PP和PE的熔點(diǎn)較低，分別為130、110℃，使隔膜在某些條件下的使用受到限制。此外，隔膜暴露于不同溫度下，抗拉強(qiáng)度會(huì)降低。同時(shí)，隔膜的低孔隙率和對(duì)電解液較差的親和力都嚴(yán)重影響電池的使用性能。

在原有聚烯烴隔膜的基礎(chǔ)上進(jìn)行表面涂覆可以有效地提升隔膜的耐高溫性和電化學(xué)性能。涂覆改性主要包括無(wú)機(jī)-有機(jī)改性和有機(jī)-有機(jī)改性。無(wú)機(jī)-有機(jī)改性的涂覆材料以Al2O3為代表，還包括SiO2、TiO2、ZrO2、MgO等無(wú)機(jī)粒子，通常采用PVDF、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等為黏合劑，例如，雷京等將Al2O3涂層涂覆在隔膜表面，使用該涂覆改性隔膜的電芯內(nèi)阻和極化電壓顯著降低。有機(jī)-有機(jī)改性的涂覆材料以PVDF為代表，還包括聚丙烯腈(PAN)、PMMA和多種材料的混合物。周興平課題組在PE隔膜表面交替涂覆二硫化鉬(MoS2)、聚丙烯酸(PAA)涂層，增強(qiáng)了隔膜的力學(xué)性能，有效抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。目前，日本旭化成、日本住友、韓國(guó)SK、韓國(guó)LG、寧德時(shí)代、恩捷股份等[24]電池或隔膜生產(chǎn)廠商都配套有自己的隔膜涂覆生產(chǎn)線。

3、國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)現(xiàn)狀

受各國(guó)政策導(dǎo)向的影響，全球汽車市場(chǎng)電動(dòng)化趨勢(shì)明確，電動(dòng)汽車銷量日益增加。2020年全球電動(dòng)車銷量突破324萬(wàn)輛，其中，中國(guó)市場(chǎng)和歐洲市場(chǎng)電動(dòng)車銷量分別達(dá)到136.7萬(wàn)輛和141萬(wàn)輛，美國(guó)市場(chǎng)電動(dòng)車銷量為25.3萬(wàn)輛。隨著政策的加碼及補(bǔ)貼的帶動(dòng)，2021年電動(dòng)汽車銷量進(jìn)一步攀升。另外，3C數(shù)碼領(lǐng)域的火爆和儲(chǔ)能行業(yè)的日益壯大也進(jìn)一步促進(jìn)隔膜行業(yè)蓬勃發(fā)展。2020年全球鋰電池隔膜需求量為54.2億m2，其中恩捷股份、星源材質(zhì)、日本東麗、旭化成、韓國(guó)SK等幾大廠商濕法隔膜全球市場(chǎng)份額占比近60%；星源材質(zhì)、旭化成、日本宇部干法隔膜全球市場(chǎng)份額占比約37.7%。按照2020年鋰電池單耗1667萬(wàn)m2/GWh，并結(jié)合全球各大電池廠商擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃計(jì)算，預(yù)計(jì)2025年全球隔膜需求量將達(dá)374.2億m2。

2020年，中國(guó)鋰離子電池隔膜總產(chǎn)能約55億m2，隔膜(基膜)出貨量38.7億m2，同比增長(zhǎng)29.9%。其中，濕法隔膜出貨量27.2億m2，同比增長(zhǎng)36%，占隔膜總出貨量的70%；干法隔膜出貨量11.5億m2，同比增長(zhǎng)17%，占隔膜總出貨量的30%。2020年中國(guó)總體隔膜企業(yè)市場(chǎng)份額見(jiàn)圖3，2020年中國(guó)濕法、干法隔膜企業(yè)市場(chǎng)份額見(jiàn)圖4。

濕法隔膜憑借其優(yōu)越的性能和不斷優(yōu)化的性價(jià)比已成為市場(chǎng)主流，并且未來(lái)其市場(chǎng)占有率還會(huì)有進(jìn)一步提升。另外，涂覆隔膜也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一，隨著涂覆材料的不斷拓展，技術(shù)配方的不斷完善，涂覆膜與基膜價(jià)差逐步縮小。目前在建或擬建濕法隔膜項(xiàng)目幾乎全部配套有相應(yīng)的隔膜涂覆生產(chǎn)線，LG化學(xué)在動(dòng)力電池用隔膜涂覆率接近100%。

4、總結(jié)與展望

新能源電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展和數(shù)碼電子產(chǎn)品更新速度的加快，使得作為電池重要組成部分的隔膜取得了引人矚目的進(jìn)步。近些年，隨著具有高孔隙率、優(yōu)異力學(xué)性能、穩(wěn)定性和電化學(xué)性能、低厚度的隔膜被開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)，進(jìn)一步助推電池行業(yè)更好地服務(wù)于人們的日常生活。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)隔膜企業(yè)也取得了令人欣喜的成績(jī)，市場(chǎng)占有率和產(chǎn)能居世界前列，但是我國(guó)隔膜產(chǎn)業(yè)起步晚，目前生產(chǎn)濕法隔膜的核心設(shè)備大多需要進(jìn)口，高端隔膜市場(chǎng)依舊被外國(guó)公司所壟斷，涂覆材料所面臨的專利壁壘亟待解決。隨著國(guó)家對(duì)新能源、新材料領(lǐng)域的大力支持，各大企業(yè)和科研院所對(duì)隔膜材料、制備工藝和設(shè)備及涂覆技術(shù)研發(fā)和投入力度的加大，未來(lái)我國(guó)電池隔膜產(chǎn)業(yè)會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，具有更高使用性能的電池隔膜產(chǎn)品將會(huì)走向市場(chǎng)。