鋰離子電池能量密度的提升重要有兩個(gè)方向，一個(gè)是活性物質(zhì)比容量的提升，例如正極采用容量更高的高Ni材料，如NCM811、NCA等，另外一個(gè)方向就是通過(guò)提高電壓來(lái)達(dá)到提高能量密度的目的，例如采用高電壓的LiNi0.5Mn1.5O2、LiCoPO4等。高電壓正極材料不僅僅會(huì)給電解液帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也會(huì)對(duì)隔膜的穩(wěn)定性出現(xiàn)顯著的影響，影響鋰離子電池的安全性。

涂層是提升隔膜安全性和穩(wěn)定性的有效方法，通常而言隔膜涂層技術(shù)可以分為兩大類：1）有機(jī)涂層，例如常見(jiàn)偏氟乙烯六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP），纖維素類等，但是有機(jī)材料普遍存在熱穩(wěn)定性差，隔膜高溫下隔膜收縮等問(wèn)題；2）無(wú)機(jī)氧化物涂層，例如SiO2，Al2O3，ZrO2，Mg(OH)2等，能夠顯著改善隔膜的熱穩(wěn)定性，抑制隔膜在高溫下的收縮，但是氧化物涂層會(huì)導(dǎo)致隔膜孔隙率降低，引起離子阻抗新增。

為了克服涂層隔膜存在的問(wèn)題，華南師范大學(xué)的XiaoxiZuo（第一作者，通訊作者）和JunminNan（通訊作者）采用聚偏氟乙烯（PVDF）、乙基纖維素（EC）和氨基化的SiO2納米顆粒對(duì)隔膜進(jìn)行涂布，其中EC的無(wú)定形結(jié)構(gòu)能夠降低PVDF的結(jié)晶度，同時(shí)EC中的羥基也能夠有效的提升隔膜與電解液界面的相容性，同時(shí)氨基化能夠顯著改善SiO2納米顆粒在聚合物框架中的分散能力，同時(shí)SiO2也能夠有效的提升隔膜的熱穩(wěn)定性。

制備過(guò)程如下所示，納米SiO2是通過(guò)正硅酸乙酯水解獲得，首先將正硅酸乙酯滴入氨水之中，分解產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心分離，去離子水清洗后在真空環(huán)境中進(jìn)行干燥處理，獲得SiO2納米顆粒。然后SiO2分散在酒精中得到分散液，向分散液中加入三乙氧基硅烷，攪拌5h后采用去離子水和酒精清洗干凈，獲得氨基化的納米SiO2顆粒。

然后將PVDF、乙基纖維素（EC）溶解在N,N-二甲基酰胺中，然后向其中加入上面制備好的氨基化納米SiO2顆粒（10wt%），然后將PE隔膜浸入上述的溶液之中20min，然后以垂直狀態(tài)干燥2h，最后在70℃真空環(huán)境中干燥24h，完成涂層隔膜的制備。

下圖a為未經(jīng)涂布的PE隔膜的SEM圖片，從圖中能夠看到?jīng)]有涂布的PE隔膜表面光滑、致密，這種結(jié)構(gòu)不利于電解液的吸收和浸潤(rùn)。經(jīng)過(guò)PVDF-EC混合物進(jìn)行涂布后在PE的表面形成了一層多孔的表面結(jié)構(gòu)（如下圖b所示），能夠有效的提升隔膜的吸液性能。在PVDF-EC中再添加10wt%的氨基化納米SiO2顆粒后，PE隔膜表面涂層的孔洞結(jié)構(gòu)更加均勻，直徑300nm左右的納米SiO2顆粒均勻的分散在隔膜的表面和內(nèi)部，能夠提升隔膜在高溫下的熱穩(wěn)定性。

常規(guī)的PE隔膜由于浸潤(rùn)性較差（與電解液的接觸角為49.5度），因此作為隔膜性能并不是很理想，而經(jīng)過(guò)上述的涂層處理后PE隔膜與電解液的接觸角降低到了23.2度，表明隔膜與電解液之間的潤(rùn)濕性大大提高，有助于提升隔膜在電解液中的浸潤(rùn)性。

隔膜涂層一個(gè)非常重要的用途就是提升隔膜在高溫下的熱穩(wěn)定性，在150℃環(huán)境下保持30min后，從下圖c能夠看到，普通的PE隔膜出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的收縮，收縮率達(dá)到了60%左右，而涂層處理后的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜的收縮率要明顯低于普通隔膜，表明涂層處理后的PE隔膜熱穩(wěn)定得到了極大的提升，有利于提升鋰離子電池的安全性。

電導(dǎo)率降低是涂層隔膜常見(jiàn)的問(wèn)題，這重要是因?yàn)橥繉铀玫难趸镱w粒材料，會(huì)堵塞隔膜的微孔，引起隔膜的孔隙率降低，導(dǎo)致Li+擴(kuò)散通過(guò)隔膜的阻抗新增。而XiaoxiZuo通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)氨基化的納米SiO2涂層處理后，隔膜的電導(dǎo)率不但沒(méi)有降低反而有了已經(jīng)的提升（如下圖b所示），作者認(rèn)為可能是涂層處理為L(zhǎng)i+擴(kuò)散供應(yīng)了更好的通道（如上圖f所示）。

通常我們認(rèn)為PE隔膜的抗氧化性要稍弱，因此在高電壓環(huán)境（5V）中應(yīng)用關(guān)于PE隔膜來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，從下圖c能夠看到相比于普通的PE隔膜（4.5V左右開始分解），經(jīng)過(guò)涂層處理的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜分解電壓提高到了5.3V以上，基本滿足下一代高電壓材料的使用需求。

下圖為采用不同隔膜的對(duì)稱式電池（正負(fù)極均為金屬鋰片）的交流阻抗測(cè)試結(jié)果，從圖中能夠看到采用所有種類隔膜的電池在存儲(chǔ)的過(guò)程中界面電荷交換阻抗都出現(xiàn)了明顯的新增，采用普通PE隔膜的電池新增最為明顯，存儲(chǔ)3周后，從最初的160歐姆/cm2，新增到了1800歐姆/cm2，而采用經(jīng)過(guò)涂層處理后的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜的電池在存儲(chǔ)三周后，阻抗僅僅新增到了550歐姆/cm2，表明涂層隔膜與金屬鋰之間具有非常好的電化學(xué)穩(wěn)定性，并抑制了金屬鋰表面惰性層的生長(zhǎng)。

下圖為采用LiNi0.5Mn1.5O4/Li體系的扣式電池的電化學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)，從圖中能夠看到經(jīng)過(guò)涂層處理的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜的正極容量發(fā)揮最高達(dá)到131.6mAh/g，循環(huán)性能最好（200次后，容量保持率95.7%），同時(shí)循環(huán)中的庫(kù)倫效率也有了明顯的提升，達(dá)到了99.2%，同時(shí)該隔膜的倍率性能也要顯著好于其他類型的隔膜（如下圖b所示）。

XiaoxiZuo采用PVDF、乙基纖維素和氨基化納米SiO2材料對(duì)PE隔膜進(jìn)行涂層處理，不僅顯著提升了隔膜的熱穩(wěn)定性，減少了隔膜在高溫下的熱收縮比例，提高了鋰離子電池的安全性，還改善了PE隔膜與電解液之間的浸潤(rùn)性，提升了隔膜的電導(dǎo)率，并提高了隔膜的抗氧化能力，顯著改善了鋰離子電池的高電壓下的電性能，在下一代高電壓鋰離子電池中具有廣泛的應(yīng)用前景。