文献综述
摘要：在解决日益枯竭的能源问题和环境污染问题过程中，锂离子电池因具备输出电压高、能量密度大、无记忆效应、循环性能好、自放电小等优点，已经被广泛用于手机、平板电脑等电子数码产品。其中，隔膜材料作为决定锂离子电池比容量和能量密度性能的关键因素，受到了研究者的广泛关注。本文总结了几种隔膜材料的发展现状，对其制备方法和电化学性能进行了阐述。
关键词：锂离子电池 碳基隔膜材料 二硫化镍 聚偏氟乙烯-六氟丙烯 聚乙烯
1 引言
由于能源消耗量的迅猛增加, 传统化石能源将不能满足经济高速发展的需求, 因此世界各国把关注的目标移向新能源的开发和利用其中, 以锂离子电池为代表的新型储能电池由于在日常生活和先进信息处理终端设备等的应用, 一直受到人们的青睐。但是, 当前便携式电子设备、电动汽车和通讯技术等发展迅猛, 对电池的性能提出了越来越高的要求。
2 锂离子电池隔膜概述
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，隔膜作为四大核心材料之一，其主要作用是：1.将正负极隔开，防止短路；2.离子导通，锂离子可以自由通过；3.电子绝缘，阻碍电子传输[1-4]。隔膜是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件之一，其结构和性能与电池的性能发挥有很大关系，不仅可以影响电池的容量、内阻和循环寿命等，也与电池的安全性能息息相关。
隔膜的成本约占整个电池成本的 1/ 3 左右，放置于电池正负极之间，防止两极直接接触造成短路。隔膜的性能优劣直接影响电池活性物质的利用率，内部电阻以及安全性能等，性能优异的隔膜有利于提高电池的整体性能[5]。隔膜主要由具有一定孔隙结构的聚合物构成，它耐化学腐蚀，具有足够的机械强度，具备热稳定性，并且可以在高温情况下起到微孔自闭保护作用[6- 7]。根据隔膜材料的种类，可分为聚烯烃隔膜、聚环氧乙烷（PEO）基隔膜、聚偏氟乙烯（PVDF）基隔膜、共混聚合物隔膜和纳米纤维隔膜等[8]。
3 锂离子电池隔膜材料
3.1 负载二硫化镍的碳基材料隔膜
镍的硫化物如NiS、NiS2、Ni6S5、Ni3S4和Ni9S8因具有优异的电化学性能而广泛应用于析氢反应、超级电容器和钠离子电池等储能器件中。NiS2应用于锂硫电池正极材料可有效提高电化学性能，其形貌结构是吸附多硫化锂的重要因素。与正极材料相比，改性隔膜制备更为简便快捷，且具有提高反应动力学和阻挡多硫化物穿梭的多功能作用从而提高电池性能。
王娟[9]对于NiS2纳米球易于团聚导致导致活性位点无法完全暴露，从而影响对多硫化锂的吸附催化问题，将其负载于氮掺杂石墨烯表面制备NiS2@N-rGO复合材料，并与CB、PVDF混合涂覆于PP隔膜上得到改性隔膜应用于锂硫电池，对其进行了形貌结构及物理化学性质分析，通过CV曲线、吸附实验、EIS等电化学测试验证NiS2@N-rGO对多硫化锂的化学吸附和催化作用，此外，对比分析了NiS2的含量以及改性隔膜厚度对电化学性能的影响，研究了电池在NiS2@N-rGO改性隔膜作用下的倍率性能、长循环性能以及高载硫量的电化学性能。针对活性物质硫的氧化还原反应动力学缓慢的问题，引入锂化处理的碳纳米管CNTs-Li作为储锂材料加速锂离子的迁移，设计了一种三维复合碳基载体Rgo/CNTs-Li，并研究了NiS2作为电催化剂负载于三维碳基载体的一体化设计。从动力学角度分析NiS2与Rgo/CNTs-Li复合材料的特殊结构与物化性质对电池电化学性能的影响以及作用机制，通过实验以及DET计算研究了NiS2@N-rGO/CNTs-Li三维材料应用于改性隔膜在抑制多硫化锂穿梭、提高锂离子扩散速率和改善电池极化现象的协同作用。
3.2 聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP) 隔膜
PVDF-HFP 对有机电解质具有良好的润湿性并具有一定热稳定性，因此被认为是一种很有前途的隔膜材料。PVDF-HFP 隔膜中大量有序的PVDF分子链，结晶度高，为锂离子的通过提供了相对有限的自由空间，导致了隔膜的离子电导率较低。而分子链的非晶结构有利于锂离子的通过，同时与有序结构相比，更容易吸收更多的电解质。一般来说，高结晶度是由分子链的规则排列造成的。
景潇鹏[10]提出了一种新的复合隔膜材料，制备了具有均匀的孔隙率，强的机械强度和优异的电解液吸收率的聚偏氟乙烯-六氟丙烯/氧化石墨烯 (PVDF-HFP /GO) 隔膜。将氧化石墨烯 (GO) 掺入PVDF-HFP 隔膜中，通过降低结晶度，增加隔膜的孔均匀性，为锂离子的扩散提供了大量均匀的扩散通道。
PVDF粉末在 NMP 溶剂中与氧化石墨烯混合时，氧化石墨烯的添加使分子链排序被打乱，进而使隔膜最终结晶程度降低。隔膜复合GO材料前后的空隙发生了变化。复合隔膜的空隙分布更加致密，孔径也相应变得更小，隔膜表面变得更加粗糙，隔膜的结晶度也大大降低。这一系列的结构改变都使复合隔膜更利于活性材料粒子的穿梭通过，也使整个电池的电化学性能得到极大的提升。
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