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1.2.4 隔膜
隔膜在整个电池中占有重要地位，成本约占总成本的20%～1/3。按照年产10亿只锂离子电池计算，每年消耗隔膜3-5亿/m2，以平均价格为8-15元/m2价值在10-15亿元。锂离子电池的正负极材料均实现了国产化，而隔膜技术国内尚不成熟，完全依赖进口，是制约我国锂离子电池行业的瓶颈。目前,世界上生产隔膜的著名企业有塞拉尼斯，Akzo，3M，Celgard，ENTEK，日本的旭日化成，三菱，东燃化工，宇部化工，荷兰的DSM，以及德国的Degussa。它们拥有锂离子电池隔膜的生产技术及产业化规模，这些厂商占有全球90%的锂离子电池隔膜市场[14]。隔膜的主要作用是隔离正、负极，使之不能直接接触，从而是电子不能直接通过，但是让电解液中的离子可以自由通过。隔膜的性能直接影响电池的容量，倍率性能以及循环性能。锂电池隔膜材料多为多孔聚合物薄膜（如聚丙烯PP,聚乙烯PE,PP/PE/PP膜）和无纺布（玻璃纤文无纺布，合成纤文无纺布，陶瓷纤文纸等）。目前聚烯烃隔膜已大规模商品化。隔膜的制备技术包括：湿法（热致相分离，TIPS，主要以PP为原料，制备出来的隔膜闭孔温度较高，熔断温度也较高）和干法（熔融拉伸法，MSCS，主要以PE为原料，制备出来的隔膜闭孔温度较低，熔断温度也较低）。目前世界上生产隔膜普遍采用熔融拉伸法，例如美国Celgard，日本Ube公司等[15]。锂离子电池隔膜要求有较低的闭孔温度和较高的熔断温度，因此多层隔膜受到广泛关注。近年来，聚合物电解质[16]、高空隙纳米纤文膜和Separion隔膜等新型锂离子电池隔膜受到广泛关注，研究者们进行了大量研究。随着锂离子电池需求的变化：体积越来越小，要求隔膜不能太厚同时保证容量和循环性能；随着电动汽车等用动力电池的大规模应用，要求隔膜不能太薄，以保证足够的安全性。这些需求都为多层隔膜，有机/无机复合隔膜的发展提供了契机 [17]。
1.3锂离子电池简介
1.3.1 锂离子电池的原理
一个电池组（图2）是由几个电化学单电池通过并联或串联并达到预定的电和容量而成的。每个单电池都由正极和负极组成（正极和负极均是电化学反应的基础），正负极之间由电解液分隔开，电解液中含有溶解盐，溶解盐的作用正是保证离子在两个电极之间可以传递。一旦正负极通过外电路连接起来，化学反应就在正负极上开始，并由此产生电子和电流，电流就可以被用户检测到。电能量的大小，可以用重量比能量Wh•kg-1或体积比能量Wh•L-1来表示；而电池组表现的的所有单电池的电压V和容量Ah•kg-1，这两者都与系统的电化学反应直接相关。
图1.3.1 锂离子电池工作原理图
1.3.2 锂离子电池的特点
(1) 比能量高:质量和体积比能量可以达到120Wh/kg和250Wh/L以上。
(2) 放电电压高:单体电压高达3.2-3.8V(其中LiFePO4电池为3.2V)。
(3) 无记忆效应。
(4) 循环寿命长:在 100%DOD LiFePO4电池循环次数可达3000次以上。
(5) 工作温度范围宽:一般可达20度-60度。
(6) 自放电率低:在正常存放下月自放电率为5%-7%。
(7) 环境友好:LiFePO4、LiMn2O4和LiMnO2来源广泛且对环境无污染。
1.3.3 锂离子电池的应用
锂离子电池的比能量高, 循环性能好, 适用于矿灯和电动车辆的电源。LiFePO4 锂离子电池的安全性能较高, 适合作为动力电池。在电动汽车、混合电动汽车等。
1.3.4 锂离子电池的发展历史
1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。