锂离子电池隔膜表面改性技术新突破：氧化石墨烯与二氧化硅复合涂层

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https://m.eeworld.com.cn/hisic/450755.html

锂离子电池隔膜是锂电池的关键组件之一，其性能直接影响电池的安全性和能量密度。近年来，随着新能源汽车和储能产业的快速发展，对高性能隔膜的需求日益增长。本文介绍了一项来自韩国电子通信研究院的创新研究成果，该研究通过二次涂覆法在隔膜表面引入氧化石墨烯和二氧化硅复合涂层，显著提升了隔膜的性能。

隔膜作为锂电池的四大主材之一，成本约占整个电芯的10%。其制作工艺主要分为湿法和干法两种，其中湿法工艺占比约80%，干法工艺占比约20%。随着锂电池产能的快速提升，隔膜厂家纷纷扩产，行业龙头如恩捷、星源材质和沧州明珠等企业投入数十亿元打造区域性生产基地，以抢占市场份额。

传统隔膜主要由聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）或其混合物组成，具有疏水性。目前常用的N-甲基吡咯烷酮（NMP）微极性溶剂虽然能与隔膜良好亲和，但存在污染性和成本较高的问题，不利于在价格竞争激烈的锂电池市场中应用。此外，功能性纳米材料也难以添加到极性材料中，这限制了隔膜性能的进一步提升。

韩国电子通信研究院的研究团队提出了一种创新的二次涂覆法，通过两步涂覆工艺在隔膜表面引入氧化石墨烯和二氧化硅复合涂层。具体步骤如下：

第一次涂覆：将传统隔膜浸泡在氧化石墨烯溶液中，溶液由质量分数为0.02%的氧化石墨烯和体积比为20:1的异丙醇水溶液组成。涂覆前需超声分散30分钟，浸泡时间控制在15-30秒，然后在室温下晾干。
第二次涂覆：采用质量分数为1%的氧化石墨烯水溶液，加入二氧化硅和羧甲基纤维素钠（CMC），按照GO：SiO2：CMC=100:3:0.08的质量比配制混合溶液。使用刮刀涂覆后，在真空条件下60℃烘干。

实验采用钴酸锂作为正极材料，锂金属作为负极材料，测试了改性隔膜的性能。结果显示：

离子导电率：改性隔膜的离子导电率为0.596 mS·cm⁻¹，与未改性隔膜的0.581 mS·cm⁻¹基本保持一致。这表明氧化石墨烯片层的引入并未对离子传输造成负面影响。
循环性能：在1C倍率下进行循环测试，改性隔膜组装的锂电池在200次循环前保持稳定，而未改性隔膜在100次循环后开始出现严重波动，并在220次循环后几乎失去容量。

图8：两种锂电池的循环容量和库伦效率图