作为目前市场上的主流储能设备，锂电池的安全性能备受人们关注，多起相关安全事故总闹得人心慌慌。比如说2013年的“特斯拉第一烧”，据调查其自燃原因是车辆在高速行驶中碰触到异物，直接导致了电池内隔膜崩溃，进而导致了电池内短路，最终引发自燃。

新能源汽车的电池组释放出的能量是惊人的，由100节带电量100Ah的电芯组成的电池组，失控能量达到240000KJ，约合57公斤TNT炸药

看完上述案例，隔膜的重要性已无须多言。作为锂离子电池四大关键材料之一，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。可以很明确地说，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的安全性、容量以及循环寿命。

隔膜的组成

锂电池隔膜的主要原材料是聚乙烯（PP）、聚丙烯（PE），但由于隔膜对温度要求较高，这些材料本身较低的熔融温度、较差的机械性能都会成为隔膜的短板。因此为提高隔膜的热稳定性，涂覆技术逐渐被应用到电池生产中。

沧州明珠生产的陶瓷涂覆隔膜在高温180℃时仍能保持良好形态

目前主要的涂覆陶瓷材料有氧化铝及勃姆石，涂覆后能够显著改善锂电池在充、放电过程中电池内部电流的分布均匀性，提高隔膜熔点和抗击穿能力，防止隔膜因大幅度收缩或被刺穿而导致正负极接触，减少锂电池热失控甚至起火爆炸的发生。现阶段氧化铝的应用较广，但勃姆石的发展潜力也不容小觑，不过今天哪种涂覆材料更好用不是讨论的重点，而是如何将涂层的功能更好地发挥出来。

涂层材料稳定性有多重要？

要制备陶瓷隔膜，首先要将陶瓷颗粒、粘合剂、表面活性剂等充分分散在溶剂中形成粘度低、分散性和稳定性优良的浆料，再通过涂布、浸渍等方法在聚烯烃基膜表面形成表观良好的陶瓷涂层。对于陶瓷浆料而言，制备稳定性是一个能直接影响涂布质量、进而极大影响电池性能的综合性影响参数——这是为什么呢？

前面也提到了，陶瓷浆料一般选用无机超细粉体（如氧化铝和勃姆石）来提升电池的安全性能和机械性能。然而这些无机粉体的表面存在大量不饱和键，表面能大，容易在浆料中发生聚沉，严重影响陶瓷浆料的放置稳定性。稳定性差的浆料涂覆后形成的涂层附着力严重下降，陶瓷颗粒容易从涂层中脱离，使得隔膜和电极之间形成间隙，导致电池内部阻抗增加，电流密度分布不均，引起锂不均匀沉积、锂枝晶生长，严重影响电池的电性能。

陶瓷隔膜结构图

因此，提升陶瓷浆料放置稳定性、保持陶瓷颗粒在隔膜表面的稳定粘附，对保证电池循环性能稳定、提升电池安全性能至关重要。

影响陶瓷浆料稳定性的因素

影响浆料稳定性的因素有很多，如陶瓷粉体含量、搅拌时间、分散剂选择。张文静等以放置不同时间后陶瓷浆料涂覆形成的隔膜涂层的剥离力为检测对象，测试了以上因素对浆料的放置稳定性的影响，对浆料稳定性尤其陶瓷涂层隔膜的剥离强度（剥离强度指的是涂层和基膜间单位宽度的黏结力大小）的影响，结论如下：

①固含量的影响

从下图的实验结果可知，铝粉含量越低，涂布液对应隔膜初始剥离强度越高，但放置稳定性越差。然而，在实际生产中，一般对浆料的固含量有固定范围要求，因此需要在保证剥离强度满足条件的前提下尽量保证浆料的放置稳定性良好。

固含量对浆料稳定性的影响

②搅拌时间的影响

对浆料进行搅拌的本质，从宏观来看是机械作用力的混合过程，从微观看是颗粒粉末在介质中的分散过程。通过搅拌可将溶液中的较大粉团打散，使其均匀分散在溶液中。

适宜的搅拌时间是制备粘度等性能良好的浆料的必要条件——搅拌时间过短，搅拌进行不充分，浆料内部分散不均一，严重影响涂布表观，团聚的氧化铝分团甚至造成涂布设备的磨损；搅拌时间过长，破坏粘结剂结构，不利于粘结剂发挥作用，使浆料的表观粘度不断降低，不利于浆料的存放。因此在充分搅拌的基础上，应尽量减少富余搅拌时间，增加浆料稳定性。

浆料搅拌时长对浆料稳定性的影响

③分散剂的影响

为了提升浆料的放置稳定性、防止粉体颗粒在浆料中发生团聚，可以加入分散剂来调节粉体表面电荷、表面酸碱吸附，改善粉体颗粒的分散效果进而获得具有良好分散性和稳定性的浆料。常用的分散剂包括电解质类和表面活性剂两种，前者可以改变颗粒的等电点，使分散系的zeta电位偏离粉体自身等电点附近的电位，使粉体颗粒间的静电排斥力大于范德瓦尔引力而在浆料较为稳定地分散；后者是利用其溶解形成的单体吸附在溶质颗粒表面，形成空间位阻稳定层，从而阻碍了颗粒间接触，进而发生聚沉。

张文静等通过实验发现，相比加入表面活性剂类分散剂DLS，加入电解质类分散剂LiAc能更好地提升氧化铝浆料的稳定性（在放置240h后剥离力与放置40h时相当），说明在该体系中，相比空间位阻效应，改变氧化铝颗粒的等电点对于防止氧化铝颗粒团聚更为有效。

放置240h后的浆料对应涂层隔膜的SEM图

资料来源：

锂电隔膜陶瓷涂层浆料稳定性研究，张文静，章峰勇，王莉，王小记，李华峰。

粉体圈NANA整理