作为目(mu)前市场上的(de)主流储能(neng)设备，锂电池(chi)的(de)安全性能(neng)备受人们关注，多起相(xiang)关安全事故(gu)总(zong)闹得人心慌慌。比如说2013年(nian)的“特斯拉(la)第一烧”，据(ju)调(diao)查(cha)其自燃原(yuan)因(yin)是车辆在高速行驶中碰触到异(yi)物，直接导(dao)致了电(dian)池内隔膜崩溃，进而(er)导致了电池内短路(lu)，最终引发自燃(ran)。
新能(neng)源(yuan)汽车的电(dian)池组释(shi)放出的能(neng)量是惊人(ren)的，由(you)100节带电量100Ah的电芯组成的电池组，失控能量达到240000KJ，约合57公斤TNT炸药
看完上述案例，隔膜的重要性已无须(xu)多言(yan)。作(zuo)为锂离子(zi)电池四大关(guan)键材料之一，隔膜的主要作用是(shi)使电池的(de)正、负极分隔(ge)开来，防止两极接触而短(duan)路，此外还具有能使电解质离子通(tong)过的(de)功能。可以很明确地说，隔(ge)膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池(chi)的安全性(xing)、容量以(yi)及循环寿命。
隔膜的组成(cheng)
锂电池隔膜的主要原(yuan)材料是聚乙烯（PP）、聚丙烯（PE），但由于(yu)隔膜对(dui)温(wen)度要求(qiu)较高，这些材(cai)料(liao)本身较(jiao)低的(de)(de)熔融(rong)温度、较(jiao)差的(de)(de)机械性能都会成为隔(ge)膜的(de)短(duan)板。因(yin)此为提高隔膜的热稳定(ding)性(xing)，涂覆技术逐渐被应用到电池生产中(zhong)。
沧州明珠(zhu)生产的陶瓷涂覆(fu)隔膜在高(gao)温180℃时仍能保持良好形态
目前主要的涂覆陶(tao)瓷材料有(you)氧(yang)化铝及勃姆石，涂覆后(hou)能够显著改善锂电(dian)池(chi)在充(chong)、放电(dian)过程(cheng)中(zhong)电(dian)池(chi)内部电(dian)流的(de)分(fen)布(bu)均匀性，提高隔膜熔点(dian)和抗击穿能力，防(fang)止隔膜因大(da)幅度收缩(suo)或(huo)被刺穿而导致正负极接触，减少锂电(dian)池(chi)热(re)失控甚至起火爆炸的(de)发(fa)生。现(xian)阶段氧化铝的应用较广，但勃姆石的发展潜(qian)力也(ye)不容(rong)小觑，不过今(jin)天哪种(zhong)涂(tu)覆材料(liao)更好用不是(shi)讨论的重(zhong)点，而是(shi)如何将涂(tu)层(ceng)的功能(neng)更好地发(fa)挥出(chu)来。
涂层材料稳定性有多重要？
要制备陶瓷隔膜，首先要将陶瓷颗粒、粘合剂、表(biao)面活性(xing)剂等充分(fen)分(fen)散(san)在溶剂中(zhong)形成粘度低、分散(san)性和稳定性优良的(de)浆料(liao)(liao)，再(zai)通过涂布、浸渍等方法(fa)在聚烯烃基膜表(biao)面(mian)形成表(biao)观(guan)良好的陶瓷(ci)涂层(ceng)。对于陶瓷(ci)浆料(liao)(liao)而言，制备稳定(ding)性是一个(ge)能直接影响(xiang)涂(tu)布质(zhi)量(liang)、进而极大影响(xiang)电池性能的(de)综(zong)合性影响(xiang)参(can)数——这是为什么呢？
前面也提(ti)到了，陶瓷浆料(liao)一(yi)般(ban)选用无机(ji)超(chao)细粉体(ti)（如(ru)氧化铝和勃姆石）来提升(sheng)电池的安全(quan)性能和机械(xie)性能。然而(er)这些(xie)无机粉体的表面存在大(da)量不饱和键，表(biao)面能大(da)，容易在(zai)浆(jiang)(jiang)料中(zhong)发生聚(ju)沉，严重影响陶瓷(ci)浆(jiang)(jiang)料的放(fang)置稳(wen)定性。稳(wen)定性差的浆(jiang)(jiang)料涂覆后(hou)形(xing)成的涂层附着力(li)严重下降，陶瓷(ci)颗粒容易从涂层中(zhong)脱离，使得隔膜和电(dian)极之间形(xing)成间隙，导致电(dian)池内(nei)部阻抗增(zeng)加，电(dian)流密度分布不均(jun)，引(yin)起锂(li)不均(jun)匀(yun)沉积、锂(li)枝晶生长，严重影响电(dian)池的电(dian)性能。
陶瓷隔膜(mo)结构图
因此，提升陶(tao)(tao)瓷浆料放置稳(wen)定(ding)性、保持陶(tao)(tao)瓷颗(ke)粒在隔膜表面(mian)的稳(wen)定(ding)粘附，对保证电池循(xun)环性能(neng)稳(wen)定(ding)、提升电池安全性能(neng)至关重要。
影响陶瓷浆料(liao)稳定性的(de)因素
影(ying)响(xiang)浆料稳定性的因素有很多，如(ru)陶瓷粉体(ti)含(han)量(liang)、搅拌(ban)时间、分散剂(ji)选择。张文静等以放置不同时间后陶瓷浆料涂覆形成的隔膜涂层(ceng)的剥离(li)力为检测(ce)对象，测试了以上因(yin)素对浆料的(de)放置稳定性的(de)影响，对浆料稳定性尤其陶瓷涂层隔膜的剥离强度(du)（剥离强度指(zhi)的是涂(tu)层和(he)基(ji)膜间单位宽(kuan)度的黏结力大小）的影响，结论(lun)如(ru)下：
①固含量的影响
从(cong)下图(tu)的(de)实验结(jie)果可知，铝(lv)粉含(han)量(liang)越(yue)低(di)，涂布液对应隔(ge)膜初(chu)始剥离强度越(yue)高，但放置稳定性越(yue)差。然而，在实际(ji)生产(chan)中，一般对浆料(liao)的(de)固含(han)量(liang)有固定范围要求(qiu)，因此需要在保证剥离强度满足条(tiao)件的前提下尽(jin)量保(bao)证浆料的放(fang)置稳定性良好。
固含量对(dui)浆料(liao)稳定性的影响(xiang)
②搅拌时(shi)间的影(ying)响(xiang)
对浆料进行搅拌的(de)本质(zhi)，从(cong)宏观(guan)来看是机(ji)械(xie)作用力的(de)混合过程，从(cong)微观(guan)看是颗粒粉末在介(jie)质(zhi)中的(de)分散(san)过程。通(tong)过搅拌可将溶液中(zhong)的较大(da)粉(fen)团打散(san)(san)，使其(qi)均匀分散(san)(san)在溶液中(zhong)。
适(shi)宜的(de)搅拌时间(jian)是(shi)制备粘度等性能良好(hao)的(de)浆料(liao)的(de)必要条件——搅(jiao)拌(ban)时(shi)间过短(duan)，搅(jiao)拌(ban)进行(xing)不充分，浆(jiang)料内部分散(san)不均一，严重影(ying)响涂(tu)布表观(guan)，团(tuan)聚的(de)(de)(de)氧化铝分团(tuan)甚至造(zao)成涂(tu)布设(she)备的(de)(de)(de)磨(mo)损；搅(jiao)拌(ban)时(shi)间过长，破坏粘结(jie)剂结(jie)构，不利于(yu)粘结(jie)剂发挥(hui)作用，使浆(jiang)料的(de)(de)(de)表观(guan)粘度不断降(jiang)低(di)，不利于(yu)浆(jiang)料的(de)(de)(de)存放。因此在充分搅拌(ban)的基础上，应尽量减少富余(yu)搅拌(ban)时间，增(zeng)加浆料稳定性。
浆料搅拌(ban)时长对(dui)浆料稳(wen)定性的影响
③分散剂的影响
为了提升浆料(liao)(liao)(liao)的放(fang)置(zhi)稳定性、防止粉(fen)(fen)体(ti)颗粒(li)在浆料(liao)(liao)(liao)中发生(sheng)团(tuan)聚，可以加(jia)入分散(san)(san)剂来(lai)调(diao)节粉(fen)(fen)体(ti)表(biao)面电荷、表(biao)面酸碱吸附，改(gai)善粉(fen)(fen)体(ti)颗粒(li)的分散(san)(san)效果进而获得(de)具有良好分散(san)(san)性和(he)稳定性的浆料(liao)(liao)(liao)。常用(yong)的分散(san)(san)剂包括电解质类和表(biao)面活性(xing)剂(ji)两种，前者可以改变(bian)颗(ke)粒的等电点，使分散(san)系(xi)的zeta电位偏离粉体自身等电点附近的电位，使粉体颗粒间的静电排斥力大于范德瓦尔引力而在浆料较为稳定地分散；后者是利用其溶(rong)解形成的单体(ti)(ti)吸附在溶(rong)质(zhi)颗(ke)粒(li)表(biao)面，形成空间位(wei)阻(zu)稳(wen)定(ding)层，从而阻(zu)碍了颗(ke)粒(li)间接触，进而发生聚沉(chen)。
张文静等(deng)通(tong)过实验发现(xian)，相(xiang)比加(jia)入表面活性剂类分散(san)剂DLS，加入电解质类分散剂LiAc能更好地提升氧化铝浆料的稳定性（在放置240h后剥离力与放置40h时相当），说明在该体系中，相比空间位阻效应，改变氧化铝颗粒的等电点对于防止氧化铝颗粒团聚更为有效。
放置240h后的浆料对应涂层隔膜的SEM图
资(zi)料(liao)来(lai)源：
锂电隔膜陶瓷涂层浆料稳定性研究，张文静，章(zhang)峰(feng)勇，王莉(li)，王小记，李华峰(feng)。
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