鋰離子電池因其輸出電壓和能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代其它二次電池，廣泛應(yīng)用在數(shù)碼產(chǎn)品、電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能電站等設(shè)備中。隔膜作為鋰離子電池四大關(guān)鍵組件之一，在電池中起到隔離正極與負(fù)極并供應(yīng)鋰離子傳輸通道的用途。隔膜雖然不直接參與鋰離子電池的內(nèi)部反應(yīng)，但其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)卻直接影響到電池的容量、循環(huán)及安全等性能。目前被廣泛使用的鋰離子電池隔膜為聚烯烴隔膜，如聚乙烯隔膜（PE）和聚丙烯隔膜（PP）。這些隔膜雖然具有較優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能，但因聚烯烴材質(zhì)本身熔點(diǎn)較低（PE約為135℃，PP約為165℃），而且在制備過程中包含拉伸工藝，因此隔膜在高溫下很容易發(fā)生收縮和熔化，進(jìn)而導(dǎo)致電池正負(fù)極接觸短路，最終引發(fā)安全事故。此外非極性的聚烯烴隔膜難以被極性的有機(jī)電解液浸潤(rùn)，隔膜部分微孔無法被電解液填充，導(dǎo)致隔膜阻抗新增，最終影響電池的循環(huán)和倍率性能。聚烯烴隔膜的這些缺點(diǎn)阻礙了鋰離子電池在眾多領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。

針對(duì)聚烯烴隔膜的這些缺點(diǎn)，研究人員從基體材料、制膜工藝等方面著手以提高隔膜的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。綜合比較各種方法，使用黏結(jié)劑在聚烯烴隔膜表面復(fù)合一層無機(jī)顆粒制備陶瓷涂覆隔膜的方法，因工藝簡(jiǎn)單且易于產(chǎn)業(yè)化，被廣泛研究并獲得應(yīng)用。聚偏氟乙烯（PVDF）作為黏結(jié)劑在鋰離子電池電極制作工藝和隔膜涂覆工藝中被廣泛使用。聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）因其較低的結(jié)晶度和玻璃轉(zhuǎn)化溫度、與電解液優(yōu)異的兼容性以及與極片的黏附性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是比PVDF更好的隔膜涂覆用黏結(jié)劑。然而PVDF和PVDF-HFP的熔點(diǎn)較低（115～170℃），當(dāng)外界溫度接近黏結(jié)劑熔點(diǎn)時(shí)，黏結(jié)劑熔化無法有效地黏附無機(jī)顆粒，因此不能在更高溫度（>150℃）下阻止聚烯烴基體隔膜的收縮。為提高隔膜在更高溫度下的熱穩(wěn)定性，聚酰亞胺（PI）、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纖維素鈉（CMC）等高熔點(diǎn)（>200℃）的黏結(jié)劑逐漸被人們關(guān)注并用于鋰離子電池隔膜涂覆工藝中。這些高熔點(diǎn)的黏結(jié)劑可以在更高溫度下有效地黏附無機(jī)顆粒。但是這些黏結(jié)劑在電解液中無法像PVDF和PVDF-HFP在電解液中出現(xiàn)溶脹，提高黏附性和離子電導(dǎo)率。因此這類高熔點(diǎn)黏結(jié)劑的使用雖能提高陶瓷涂覆隔膜在更高溫度下的熱穩(wěn)定性，但往往以降低電池的電化學(xué)性能為代價(jià)。

創(chuàng)新點(diǎn)及解決的問題

為優(yōu)化陶瓷涂敷隔膜熱穩(wěn)定性，提高鋰離子電池的安全性和電化學(xué)性能，本工作選用熱穩(wěn)定性優(yōu)異的聚酰亞胺和電化學(xué)穩(wěn)定的聚偏氟乙烯六氟丙烯作為復(fù)合黏結(jié)劑，將Al2O3無機(jī)顆粒涂敷于商品級(jí)聚烯烴隔膜兩側(cè)。通過調(diào)控兩種黏結(jié)劑組分含量，測(cè)試隔膜性能發(fā)現(xiàn)，新增聚酰亞胺的含量可以明顯提高涂覆隔膜的熱穩(wěn)定性，但隔膜的電化學(xué)性能不理想；在黏結(jié)劑中引入適量的聚偏氟乙烯六氟丙烯組分，涂覆隔膜可在保持其熱穩(wěn)定性的同時(shí)，獲得良好的離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性和金屬鋰電極兼容性等性能。最后選用電化學(xué)性能表現(xiàn)最為優(yōu)異且熱穩(wěn)定性良好的黏結(jié)劑組分制備陶瓷涂敷隔膜，在Li|LiCoO2電池中，比聚烯烴隔膜表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能，在8C倍率下的放電比容量為109.3mA/g，容量保持率為66.1%，而使用PE隔膜的電池的放電比容量和容量保持率僅為88.7mA/g和54.7%。