吴大勇：动力电池隔膜技术的发展没有天花板，必将造就一个充满活力的隔膜产业并助力锂电产业的发展

过去十年，锂电池及其相关材料产业在中国飞速发展，中国也一跃成为世界上首屈一指的锂电产业强国。在制造锂电池的几种主要材料中，隔膜的品质虽制约着电池的质量，但其也是曾经的利润率之王，一直吸引着资本界的投资。

隔膜是夹在电池正极片和负极片之间起电子绝缘作用并提供锂离子（Li+）迁移微通道的薄膜，是影响电池性能的重要组件。目前商品化的隔膜有几个不同的种类，其基本功能和特性是相近的，不同的是材料和相应制造方法的差异。通常，隔膜由绝缘性能好的高分子树脂和辅助材料以适当的方法加工而成。电池能量密度的提升主要基于电极材料体系的发展和优化；而电池倍率性能、循环寿命和基本电性能的发挥，有一个重要的影响因素就是隔膜材料的特性和品质。

▲ 锂离子电池中的隔膜与正、负极片示意图

我国隔膜产业走过了一条艰苦的发展之路，一代人为之付出了努力，至今其在产能和质量上有所突破，是一件值得庆贺的事。不过，科学原理、制造技术以及设备和工艺，还没有在企业对隔膜的制造过程中充分地融合。某种工艺做通了并不意味着融会贯通，要做到游刃有余依然需要理论的指导以及理论与实践结合产生的真知。

规模化制膜工艺和面临的困境

随着锂电池在电动汽车、储能、移动数码设备领域的广泛应用，电池生产企业对隔膜的需求与日俱增，数量以10 亿m² 计。因此，隔膜的制造需要有很高的生产效率。目前PE、PP 隔膜的制造，体现了材料特性与机械精密拉伸工艺的完美结合。但是，在当前新型隔膜的研发之中，还没有同样成功的成果。近十年来，被研究的材料体系虽然很多，也有不少论文发表，但是真正能够进入实用的新材料体系隔膜基本没有。这意味着研发工作依然任重而道远。

隔膜制造对工艺和设备水平的依赖度很高。要生产出合格的产品，首先需要有成熟、优化的生产工艺，其次需要有高品质的设备来保证工艺的实现、产品质量和生产效率。没有科学、合理的工艺，就谈不上使用怎样的设备；没有高品质的设备，工艺的要求将无法实现。因此二者相辅相成，缺一不可。

为此，我一直有愿望写一部书来做锂电池隔膜材料关键知识的总结，并建立专业理论知识与生产实践经验之间的关联。2018 年8 月底，由中国汽车技术研究中心有限公司牵头，并与科学出版社共同组织的“储能与动力电池技术及应用”丛书项目在北京启动。中国工程院吴锋院士担任该丛书主编，中国工程院陈立泉院士、衣宝廉院士担任丛书学术顾问，我有幸应邀负责丛书中《动力电池隔膜设计与制备技术》（吴大勇，梁卫华，操建华著. 北京：科学出版社，2023.7）分册的撰写。

本书力图将涉及锂电池隔膜的特性、基本理论、在不同电池体系中的特点、制造方法、设计思想等知识系统地呈现给读者。全书共10 章：第1 章概括性地介绍锂电池隔膜的基本知识；第 2 章介绍隔膜的特性指标及重要指标的测试方法；第3～5 章分别介绍锂离子电池、锂硫电池和锂一次电池中的隔膜及其研究进展；第6 章针对目前电池制造普遍使用的主流材料——聚烯烃隔膜的原料、制造原理、工艺方法等备受业内人员关注的问题做了详细的介绍；第7 章讲述的是隔膜表面的涂布技术；第8 章介绍固态电解质——电池隔膜的一种功能化演变形态；第 9 章讲述了研究人员在新型复合隔膜的设计与制造方面所做的尝试和探索；第10 章是对隔膜发展做出的展望。

隔膜技术的发展应超前于电池体系的发展，至少也应与其同步，否则就会处于被动状态。当全固态电池的概念被科普宣传之后，隔膜产业界以及投资界内就产生这样的疑问：将来全固态电池是否会完全替代液态电解质的锂电池？当前主流的聚烯烃隔膜是否会被固态电解质替代？本书作者认为：在未来，全固态电池会是锂电池的一大类型，而固态电解质依然属于广义电池隔膜的范畴。

从技术发展的角度我们提出一个锂电池隔膜的发展路线图。其中，隔膜被分成了五个发展的类别，即聚乙烯膜、新材料隔膜、功能化隔膜、复合固态电解质、智能隔膜。

▲ 隔膜未来技术发展路线图

聚乙烯（PE）隔膜是当前应用量最大的隔膜类型，其主流地位在未来较长一段时间内难以改变。在涂覆增强或涂覆改性以外，PE 隔膜自身也有发展空间：可以预期的目标是提高熔点和浸润性，主要的技术手段是辐照交联和表面处理。

新材料隔膜指的是以聚酰亚胺、聚四氟乙烯、芳纶、聚酯等耐高温材料制造的隔膜，同时要发展相应的高效制膜技术。

功能化隔膜包含的内容很多，根据电池发展的实际情况至少可以提出以下功能化需要：将电极片黏合以减小界面电阻、改善电极/隔膜界面保护固体电解质界面膜（SEI）并减少锂枝晶的产生、通过隔膜的多功能层实现优化电池性能的叠加效果、促进锂离子迁移、限制阴离子移动、给负极补锂、实现正极-隔膜-负极中固态电解质的原位固态化、形变或断裂后的自修复等。

复合固态电解质可能是固态电解质和隔膜发展的交集，也有希望成为固态电解质实用化的一个解决方案。

关于智能隔膜，我们把想象的空间留给广大读者和从事电池材料研究的科学工作者。毕竟，隔膜技术的发展并没有天花板，不足的只是我们的努力和想象力。

作为对未来的展望，需要考虑发展目标的通用性和特殊性。此外，我们还把固态电解质单独考虑，探讨它的发展方式。通过结构设计、功能材料的选择、功能层的组合，可以实现隔膜功能的无尽变化和创新。这一领域的研究进展和技术升级，有望造就一个充满活力的隔膜产业并助力锂电产业的发展。