锂离子电池隔膜失效机理与防范措施研究进展

黄莉莉，卢兰光，刘力硕 ,展靖华

(1.兰州工业学院汽车工程学院，甘肃兰州 730050；2.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084)

锂离子电池因高比能、高功率、清洁、高效等优点被广泛应用于汽车工业[1]，但随着锂离子电池能量密度的不断提高，位于正极与负极之间的隔膜越来越薄，其结构和性能影响着电池的能量和安全性能[2]。商用锂离子电池隔膜多采用无纺布或微孔聚合物隔膜，由于聚合物隔膜在一定温度内会收缩闭孔[3]，这种热闭孔行为在隔膜熔解之前一定程度上保护了电池，近几年几乎所有的有机电解液锂离子电池都在使用基于半晶体聚烯烃的材料[4]，如常见的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP 与PE 组合成的PE/PP 和PP-PE-PP[2]、高密度聚乙烯(HDPE)以及超高分子聚乙烯(UHMWPE)[5]等。

但多数以聚合物为基的隔膜使用性能存在局限性[6]，只有在特定的环境和条件下才可以保证电池的安全性，这归因于常用聚合物隔膜的闭孔温度低、机械强度弱，在常见的机械滥用、电滥用以及热滥用条件下[7]，隔膜容易破裂、收缩、变软甚至熔解，继而引发电池发生“软”短路(短路电阻数量级较大，但没有引起热失控的微短路)[8]，加速电池的自放电以及产热，引发“硬”短路(短路电阻数量级较小，电压下降与产热速率较快的内短路)触发热失控安全问题[9]。为此，研究者从开发新材料、涂层技术以及电路保护装置等方面开展研究工作，来改进隔膜的机械性能与热特性。

作为保证电池安全性的关键组成部件，隔膜研究有助于提高电池的安全性、能量密度、功率密度以及循环寿命，促进电池的发展与应用[10]。……