华东理工大学研发新型超薄勃母石涂层隔膜，提升锂离子电池安全性

安全性一直是锂离子电池关注的要点，随着锂离子电池能量密度的不断提高，隔膜等非活性材料也在不断的减薄，从而使得锂离子电池安全性风险不断升高，去年被炒的火热的三星Note7手机爆炸事件，据信就是由于追求高能量密度，从而导致隔膜减薄，使得电池安全性降低，电池在特定的情况下会发生爆炸起火。为了提高锂离子电池的安全性，特别是在短路和针刺等特殊情况下的安全性，人们开发了新型的涂层隔膜，在发生短路或者内短路的情况下，电池内部发生过热，经过涂层处理后的隔膜能够有效的阻止高温收缩，从而避免正负极直接接触短路，引发更为严重的热失控，避免电池发生起火和爆炸等严重的安全问题。

传统的涂层隔膜一般是使用Al2O3或者MgO颗粒作为原料，涂层厚度一般为2-3um，最近来自华中科技大学的ChongwenYang等人开发了一种勃母石(AlOOH)涂层隔膜，据ChongwenYang表示，该隔膜能够在保证热稳定性不变的前提下，大幅降低涂层的厚度1.15um，这主要是因为PE达到140℃融化后，AlOOH与PE之间相互融合产生稳定的界面结构，从而防止PE隔膜继续收缩，目前该研究成果已经发表在了最新一期的《JournalofPowerSource》杂志上。

实验中ChongwenYang将平均直径为350nm的AlOOH颗粒(35%)，聚乙烯醇PVA(1%)，溶解在去离子水中，然后利用滚涂设备在16um的PE隔膜的正反面分别涂布一层上述浆料(1.15um)，然后在60℃下干燥24h，涂布层的厚度可以通过控制滚涂的速度来进行控制。ChongwenYang分别测试了上述改造隔膜和未改造隔膜的收缩率和润湿性，以及离子电导率，用来对比两种隔膜的性能。

安全性一直是锂离子电池关注的要点，随着锂离子电池能量密度的不断提高，隔膜等非活性材料也在不断的减薄，从而使得锂离子电池安全性风险不断升高，去年被炒的火热的三星Note7手机爆炸事件，据信就是由于追求高能量密度，从而导致隔膜减薄，使得电池安全性降低，电池在特定的情况下会发生爆炸起火。为了提高锂离子电池的安全性，特别是在短路和针刺等特殊情况下的安全性，人们开发了新型的涂层隔膜，在发生短路或者内短路的情况下，电池内部发生过热，经过涂层处理后的隔膜能够有效的阻止高温收缩，从而避免正负极直接接触短路，引发更为严重的热失控，避免电池发生起火和爆炸等严重的安全问题。

传统的涂层隔膜一般是使用Al2O3或者MgO颗粒作为原料，涂层厚度一般为2-3um，最近来自华中科技大学的ChongwenYang等人开发了一种勃母石(AlOOH)涂层隔膜，据ChongwenYang表示，该隔膜能够在保证热稳定性不变的前提下，大幅降低涂层的厚度1.15um，这主要是因为PE达到140℃融化后，AlOOH与PE之间相互融合产生稳定的界面结构，从而防止PE隔膜继续收缩，目前该研究成果已经发表在了最新一期的《JournalofPowerSource》杂志上。

实验中ChongwenYang将平均直径为350nm的AlOOH颗粒(35%)，聚乙烯醇PVA(1%)，溶解在去离子水中，然后利用滚涂设备在16um的PE隔膜的正反面分别涂布一层上述浆料(1.15um)，然后在60℃下干燥24h，涂布层的厚度可以通过控制滚涂的速度来进行控制。ChongwenYang分别测试了上述改造隔膜和未改造隔膜的收缩率和润湿性，以及离子电导率，用来对比两种隔膜的性能。

在对隔膜进行的其他性能测试中发现，结果如下表所示，从结果来看，改性隔膜的针刺强度和抗拉强度仅有轻微的下降，但是在透气性方面却相比原始PE隔膜有20%左右的下降，这将会对离子迁移产生一定的影响，但是好在这一劣势被AlOOH改性隔膜良好的润湿性所抵消，原始PE隔膜的润湿角为42.5度，而AlOOH改性隔膜的润湿角是0度，表明改性隔膜具有优异的电解液润湿性。

离子电导率也是影响隔膜离子通过性的一个重要的指标，离子电导率测试是将隔膜制成扣式电池，然后采用交流阻抗方式进行测试，然后利用下式进行计算，其中d和S分别是隔膜的厚度和面积，Rb为等效电阻。测试结果显示，AlOOH改性隔膜的离子电导率为6.56′10-3S/cm，而原始的PE隔膜的离子电导率仅为3.48′10-3S/cm

ChongwenYang还利用上述隔膜制成了LTO半电池，用于测试改性隔膜的倍率性能和循环性能，测试结果如下图所示。从倍率测试结果来看，在较高倍率下(1C和2C)，采用AlOOH改性处理的隔膜具有更好的性能。循环测试同样表明AlOOH涂层处理能够改善电池的循环性能，在1C倍率下循环100次后，AlOOH改性隔膜电池的容量保持率为96.3%，而原始PE隔膜电池的容量保持率为94.6%。

研究显示，改性隔膜还能显著的提升电池的过充性能，下图是分别采用AlOOH改性隔膜和普通PE隔膜的LFP电池在3C倍率下过充到10V的实验，图a中，采用原始PE隔膜的电池在过充15min后，电池泄漏，并冒出大量白烟，电池表面温度达到104.8℃，而采用AlOOH改性隔膜的电池在过充过程中没有泄漏或者冒烟，电池表面温度达到103.4℃。

总的来说，AlOOH涂层，能够在较低的涂层厚度的前提下，显著的提升隔膜的热稳定性，提升锂离子电池的安全性，改善电池的倍率性能和循环性能，同时较薄的涂层厚度有助于提升锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度。

撰稿：凭栏眺

作者：新能源Leader

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