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前言
隔膜是锂离子电池结构的重要组成部分，其质量和性能的优劣直接影响着电池的安全性和稳定性。
高性能锂离子电池的隔膜必须具备以下性能表现：
1、良好的电子绝缘性能，防止正负极材料直接接触而造成短路现象；
2、孔隙率较好，保证锂离子能够满足电池激发需要的流量；
3、热稳定性和化学稳定性高，在电池工作过程中不能出现异常反应和高温分解等现象；
4、厚度均匀，孔隙分布均匀，保证隔膜的各个区域通过率接近；
5、电解液浸润性优异，使得电解液可快速渗透到隔膜中；
6、机械强度足够高，不易破损，放电过程中形态稳定，较强的耐穿刺强度足以防止锂枝晶刺穿隔膜造成短路现象；
7、热闭孔温度适宜。
隔膜的孔隙率能够影响电化学性能，而聚烯烃微孔膜的孔隙率一般在 30%～50%，通过测试隔膜离子电导率可以有效检测同种隔膜的不同孔隙率。隔膜涂覆改性具有工艺简单、成本低的优势，是目前最通用的聚烯烃隔膜改性策略。
在隔膜中引入涂层主要作用可以归纳为以下几点：
1.提高安全性能；
2.改善电化学性能；
3.增强物理性能等。
本文将通过测试不同孔隙率的基膜以及不同涂敷工艺制备的改性隔膜的离子电导率，来表征孔隙率及涂层对隔膜离子导通性能的影响。
1.测试方法
1.1设备
采用川源科技自研的隔膜离子电导率测试系统（SIC系列），该设备基于交流阻抗法，采用高精度平行保证结构设计，并配以全闭环智能伺服控制系统、阻抗分析系统、温度压力控制系统、温湿度传感器，可实现隔膜离子电导特性的一站式检测。该设备为SIC A6型号，频率范围：10000~1000000Hz，可在恒压模式下快速测量1~5层隔膜的电化学阻抗谱并计算输出隔膜离子电导率。
1.2测试样品
相同厚度不同孔隙率的基膜A1、A2（孔隙率A1<A2）以及基于相同基膜A2经过不同涂覆改性工艺制备的隔膜B、C。
1.3测试过程及计算方式
将裁剪好的隔膜样品提前放入测试用电解液中浸泡，在测试软件中输入测试参数。把充分浸润后的隔膜逐张放置在设备测试端子上，按下设备测试按钮，设备自动注液并测试，完成1~5层隔膜测试后可以得到对应的EIS曲线，曲线与x轴的交点为Rs，n层隔膜则得到对应的阻抗值Rs(n)，如图1a所示。将隔膜层数作为自变量，每个层数对应的阻抗作为因变量，理论上这两个变量线性相关，对二者线性拟合，得到的线性拟合方程的斜率即为单层隔膜的离子阻抗R，如图1b所示。
图1.不同隔膜层数的EIS阻抗谱(a)；R值拟合图(b)
根据电导率计算公式
α-离子电导率；d-隔膜厚度；R-离子电阻；S-隔膜测试有效面积
即可计算出单层隔膜的离子电导率。
2.1 不同孔隙率隔膜离子电导率测试
图2.不同孔隙率隔膜的EIS图谱：基膜A1(a);基膜A2(b)
图2为A1&A2两种不同孔隙率隔膜的EIS图谱，由图中测试数据线可以看出，随着测量隔膜层数的增加，阻抗值增大。以测得的1~5层阻抗值与隔膜层数作线性拟合（图3）计算样品的单层隔膜阻抗，拟合方程如表1所示，将隔膜单层电阻代入公式计算得到隔膜离子电导率，计算数据列于表2。通过拟合可以得到A1和A2离子电导率分别为0.0015055 S/cm和0.0029251 S/cm，隔膜A2>隔膜A1。隔膜离子电导率反映的是锂离子在隔膜中传输的难易程度，通过对比两组数据可发现，相同材质及厚度的基膜，孔隙率越高的其离子电导率也越大，因为更高的孔隙率表示有更多可供锂离子通过的通道。
图3.不同孔隙率隔膜的线性拟合图谱
表1.不同孔隙率隔膜的线性拟合方程及拟合度
表2.不同层数隔膜阻抗谱拟合值及离子电导率值
2.2 不同涂覆层隔膜离子电导率测试
以下是涂覆膜B、C的测试数据，图4为隔膜B、C线性拟合图谱，表3为不同涂层隔膜的线性拟合方程及拟合度，表4为B、C隔膜阻抗谱拟合值及离子电导率值。
图4.相同基膜不同涂覆情况隔膜的线性拟合图谱
表3.不同涂层隔膜的线性拟合方程及拟合度
表4.B、C隔膜阻抗谱拟合值及离子电导率值
由以上图表可知，B和C隔膜的离子阻抗分别为136.9mΩ和163.5mΩ，B、C相较于A2（99mΩ）因为增添了涂层厚度，锂离子传递的路径增大，相应阻抗也增大。而经过计算得到B和C的离子电导率为0.0025585 S/cm及 0.0025306 S/cm ，二者相对于A2的0.0029251 S/cm有一定比例的下降，但任维持在相对不错的水平。对比B和C的结构，较厚的涂层会使隔膜的离子阻抗增大，不同的涂层也会使隔膜离子电导率发生不同的变化。
隔膜电导率与材料的孔隙率、孔径、迂曲度之间存在密切的关系，这些参数共同影响着隔膜在电化学器件中的离子传输性能。孔隙率是指隔膜中孔隙体积占总体积的百分比。孔隙率较高的隔膜能够吸附更多的电解液，从而增加离子传输的通道和载流子的数量。电解液中的锂离子以载流子和离子簇的形式存在，只有当锂离子以载流子的形式存在时才会对电导率有贡献。因此，孔隙率提高，吸液率增加，载流子数量增多，电导率也随之提高。孔径是指隔膜中孔隙的直径大小。孔径越大，离子在隔膜中的迁移速率越快，因为离子在较大的孔隙中受到的阻力较小。然而，孔径过大也可能导致电池的安全性问题，如锂枝晶的生长和穿透隔膜。迂曲度是指离子在隔膜中传输路径的弯曲程度。迂曲度越大，离子在隔膜中传输时受到的阻力越大，因为离子需要绕过更多的弯曲路径才能到达对极。这会导致电导率降低。迂曲度还与孔隙的连通性有关。连通性好的孔隙结构有助于离子在隔膜中的快速传输，而连通性差的孔隙结构则可能形成“死区”，降低电导率。在实际应用中，需要根据具体需求来优化这些参数，以达到最佳的离子传输性能和电池性能。
本文采用川源科技自研的隔膜离子电导率测试系统（图5），测试了不同孔隙率的基膜以及不同涂敷工艺隔膜的离子电导率，样品测试一致性较好，对不同情况的隔膜可以在测试结果上有效区分。通过测试隔膜离子电导率我们可以了解到锂离子在隔膜中迁移的难易程度，确认隔膜的性能是否符合预期。隔膜离子电导率的测试除了可以针对隔膜自身性质展开测试研究之外，也可以用于研究压力、温度、电解液种类等对隔膜离子导电性能的影响。
图5.川源隔膜离子电导率测试系统
参考文献
[1]雷世龙.聚烯烃在锂离子电池隔膜领域的应用进展[J].石油化工,2024,53(05):752-763.
[2]魏敏,祝书培.锂离子电池隔膜研究进展[J].船电技术,2023,43(12):32-37.DOI:10.13632/j.meee.2023.12.020.
