鋰離子電池能量密度的提升重要有兩個方向，一個是活性物質(zhì)比容量的提升，例如正極采用容量更高的高Ni材料，如NCM811、NCA等，另外一個方向就是通過提高電壓來達到提高能量密度的目的，例如采用高電壓的LiNi0.5Mn1.5O2、LiCoPO4等。高電壓正極材料不僅僅會給電解液帶來嚴峻的挑戰(zhàn)，也會對隔膜的穩(wěn)定性出現(xiàn)顯著的影響，影響鋰離子電池的安全性。

涂層是提升隔膜安全性和穩(wěn)定性的有效方法，通常而言隔膜涂層技術可以分為兩大類：1）有機涂層，例如常見偏氟乙烯六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP），纖維素類等，但是有機材料普遍存在熱穩(wěn)定性差，隔膜高溫下隔膜收縮等問題；2）無機氧化物涂層，例如SiO2，Al2O3，ZrO2，Mg(OH)2等，能夠顯著改善隔膜的熱穩(wěn)定性，抑制隔膜在高溫下的收縮，但是氧化物涂層會導致隔膜孔隙率降低，引起離子阻抗新增。

為了克服涂層隔膜存在的問題，華南師范大學的XiaoxiZuo（第一作者，通訊作者）和JunminNan（通訊作者）采用聚偏氟乙烯（PVDF）、乙基纖維素（EC）和氨基化的SiO2納米顆粒對隔膜進行涂布，其中EC的無定形結構能夠降低PVDF的結晶度，同時EC中的羥基也能夠有效的提升隔膜與電解液界面的相容性，同時氨基化能夠顯著改善SiO2納米顆粒在聚合物框架中的分散能力，同時SiO2也能夠有效的提升隔膜的熱穩(wěn)定性。

制備過程如下所示，納米SiO2是通過正硅酸乙酯水解獲得，首先將正硅酸乙酯滴入氨水之中，分解產(chǎn)物經(jīng)過離心分離，去離子水清洗后在真空環(huán)境中進行干燥處理，獲得SiO2納米顆粒。然后SiO2分散在酒精中得到分散液，向分散液中加入三乙氧基硅烷，攪拌5h后采用去離子水和酒精清洗干凈，獲得氨基化的納米SiO2顆粒。

然后將PVDF、乙基纖維素（EC）溶解在N,N-二甲基酰胺中，然后向其中加入上面制備好的氨基化納米SiO2顆粒（10wt%），然后將PE隔膜浸入上述的溶液之中20min，然后以垂直狀態(tài)干燥2h，最后在70℃真空環(huán)境中干燥24h，完成涂層隔膜的制備。

下圖a為未經(jīng)涂布的PE隔膜的SEM圖片，從圖中能夠看到?jīng)]有涂布的PE隔膜表面光滑、致密，這種結構不利于電解液的吸收和浸潤。經(jīng)過PVDF-EC混合物進行涂布后在PE的表面形成了一層多孔的表面結構（如下圖b所示），能夠有效的提升隔膜的吸液性能。在PVDF-EC中再添加10wt%的氨基化納米SiO2顆粒后，PE隔膜表面涂層的孔洞結構更加均勻，直徑300nm左右的納米SiO2顆粒均勻的分散在隔膜的表面和內(nèi)部，能夠提升隔膜在高溫下的熱穩(wěn)定性。

常規(guī)的PE隔膜由于浸潤性較差（與電解液的接觸角為49.5度），因此作為隔膜性能并不是很理想，而經(jīng)過上述的涂層處理后PE隔膜與電解液的接觸角降低到了23.2度，表明隔膜與電解液之間的潤濕性大大提高，有助于提升隔膜在電解液中的浸潤性。

隔膜涂層一個非常重要的用途就是提升隔膜在高溫下的熱穩(wěn)定性，在150℃環(huán)境下保持30min后，從下圖c能夠看到，普通的PE隔膜出現(xiàn)了非常嚴重的收縮，收縮率達到了60%左右，而涂層處理后的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜的收縮率要明顯低于普通隔膜，表明涂層處理后的PE隔膜熱穩(wěn)定得到了極大的提升，有利于提升鋰離子電池的安全性。

電導率降低是涂層隔膜常見的問題，這重要是因為涂層所用的氧化物顆粒材料，會堵塞隔膜的微孔，引起隔膜的孔隙率降低，導致Li+擴散通過隔膜的阻抗新增。而XiaoxiZuo通過測試發(fā)現(xiàn)氨基化的納米SiO2涂層處理后，隔膜的電導率不但沒有降低反而有了已經(jīng)的提升（如下圖b所示），作者認為可能是涂層處理為Li+擴散供應了更好的通道（如上圖f所示）。

通常我們認為PE隔膜的抗氧化性要稍弱，因此在高電壓環(huán)境（5V）中應用關于PE隔膜來說是一個巨大的挑戰(zhàn)，從下圖c能夠看到相比于普通的PE隔膜（4.5V左右開始分解），經(jīng)過涂層處理的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜分解電壓提高到了5.3V以上，基本滿足下一代高電壓材料的使用需求。

下圖為采用不同隔膜的對稱式電池（正負極均為金屬鋰片）的交流阻抗測試結果，從圖中能夠看到采用所有種類隔膜的電池在存儲的過程中界面電荷交換阻抗都出現(xiàn)了明顯的新增，采用普通PE隔膜的電池新增最為明顯，存儲3周后，從最初的160歐姆/cm2，新增到了1800歐姆/cm2，而采用經(jīng)過涂層處理后的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜的電池在存儲三周后，阻抗僅僅新增到了550歐姆/cm2，表明涂層隔膜與金屬鋰之間具有非常好的電化學穩(wěn)定性，并抑制了金屬鋰表面惰性層的生長。

下圖為采用LiNi0.5Mn1.5O4/Li體系的扣式電池的電化學性能測試數(shù)據(jù)，從圖中能夠看到經(jīng)過涂層處理的PVDF-EC-（A-SiO2）/PE隔膜的正極容量發(fā)揮最高達到131.6mAh/g，循環(huán)性能最好（200次后，容量保持率95.7%），同時循環(huán)中的庫倫效率也有了明顯的提升，達到了99.2%，同時該隔膜的倍率性能也要顯著好于其他類型的隔膜（如下圖b所示）。

XiaoxiZuo采用PVDF、乙基纖維素和氨基化納米SiO2材料對PE隔膜進行涂層處理，不僅顯著提升了隔膜的熱穩(wěn)定性，減少了隔膜在高溫下的熱收縮比例，提高了鋰離子電池的安全性，還改善了PE隔膜與電解液之間的浸潤性，提升了隔膜的電導率，并提高了隔膜的抗氧化能力，顯著改善了鋰離子電池的高電壓下的電性能，在下一代高電壓鋰離子電池中具有廣泛的應用前景。