1、钠电池之隔膜

隔膜是钠电池的四大主要材料之一，作为绝缘层和半透层，是钠电池不可或缺的核心组件。

良好的隔膜应具有丰富的孔洞结构、均匀的孔径分布、合适的厚度、达标的机械强度、合适的孔隙度、良好的热传导性和碘化学稳定性，有助于促进钠离子传导。PP膜、PE膜由于耐腐蚀性强、强度高等优点，被广泛应用锂电池中。由于钠电池技术与锂电池一脉相承，所以目前钠电池基本沿用锂电池隔膜。

2、钠离子隔膜的类型及性能要求

1、类型

目前，钠离子隔膜的类型主要包括聚合物隔膜和无机固体电解质隔膜。

聚合物隔膜: 聚合物隔膜由聚合物材料构成，具有较好的柔韧性和离子传输性能。聚合物隔膜在钠离子电池中广泛应用，可以通过控制孔径和改变化学结构来实现优化。

无机固体电解质隔膜: 无机固体电解质隔膜由具有高离子导电性的无机材料构成，如氧化物、磷酸盐等。这些隔膜具有较好的化学稳定性和耐高温性能，但由于刚性较大，需要克服其脆性和阻挡性能等挑战。

2、性能要求

钠离子隔膜需要具备一系列的性能要求，以确保电池的高效运行和安全性。

离子传输性能: 隔膜应具备较高的钠离子传输速率和低的电阻，以提供良好的电池性能。

机械强度和柔韧性: 隔膜应具备足够的机械强度，能够抵抗电池循环过程中的应力变化，同时具备一定的柔韧性，以适应电池的变形和膨胀。

化学稳定性: 隔膜应具备良好的化学稳定性，能够抵御电解液中的化学反应和电池环境中的腐蚀。

热稳定性: 隔膜应具备良好的热稳定性，以避免在高温条件下发生膨胀、变形或熔化。

新材料的涌现: 新型聚合物材料、纳米复合材料和多孔材料等在钠离子隔膜领域得到广泛研究，以改善离子传输速率、机械性能和化学稳定性。

结构优化: 隔膜的微观结构和孔径分布的优化研究，以提高离子传输效率和机械强度。

多功能隔膜: 开展功能化隔膜的研究，如具有自愈合性能、阻燃性能和防止极化的隔膜等。

3、钠离子电池适用的隔膜

目前已商业化的电池隔膜主要有聚乙烯（PP）和聚丙烯（PP）隔膜，其拥有优异的机械性能、化学稳定性以及低廉的价格，然而由于固有的缺点，其热稳定性差，对钠离子电池电解液的润湿性能也很差，不太适用于钠离子电池，因此，需要寻找新的可以与钠离子电池体系匹配的隔膜显得尤为重要。

发展低成本、高安全、可大规模生产的钠离子电池隔膜值得探讨。需要探究隔膜中孔分布与电解液浸润之间的关系；而隔膜中多孔结构的分布会直接对其机械强度产生影响，进而影响隔膜对正负极的隔离作用，对电池的安全性产生影响。此外，极端条件下隔膜的性质，如高温下的收缩性、低温下的脆性等，都是影响应用范围的重要因素。

钠离子电池隔膜的市场主流类型包括超高分子量聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜和非织造布类复合隔膜。国内对钠离子电池隔膜材料的研究相对较少，主要集中在聚烯烃类复合隔膜、玻璃纤维滤纸型隔膜、有机聚合物无纺布型隔膜。

其中玻璃纤维滤纸型隔膜是一种无机材料制成的纤维隔膜，由于价格昂贵、材质较厚、拉伸强度低，目前大部分应用于实验室和小规模中试阶段；聚烯烃类复合隔膜和有机聚合物无纺布型隔膜已经规模化量产，在安全性方面已得到检验，但是这两种材质在热稳定性方面和电解质融合方面还有待进一步探索。

1、非织造布/无纺布类复合钠离子隔膜

非织造布类复合钠离子隔膜具有热稳定好、孔隙率好、改性容易等特点备受关注。常见的非织造布隔膜材质包括聚酰亚胺(PI)、聚酯膜、纤维素膜、聚酰胺膜、芳纶膜、氨纶膜等。

该类隔膜可以使用有机纤维干法熔喷法和湿法铺设，最佳方法是使用静电纺丝。通过控制压力能够有效控制非织造布类电池隔膜的孔径大小，有助于电池的安全性。非织造布类电池隔膜的渗透性和吸收率均优于常规高分子类聚烯烃电池隔膜。

2、高分子类聚烯烃钠离子隔膜

目前商用最为广泛的是高分子聚烯烃复合隔膜，改性材料具有力学强度高、化学稳定性好、润湿程度高和价格低廉的特点。良好的隔膜应具有丰富的孔洞结构、均匀的孔径分布、合适的厚度、达标的机械强度、合适的孔隙度、良好的热传导性和碘化学稳定性，有助于促进钠离子传导。PP膜、PE膜由于耐腐蚀性强、强度高等优点，被广泛应用锂电池中。由于钠电池技术与锂电池一脉相承，所以目前钠电池基本沿用锂电池隔膜。目前，商业化锂电池隔膜主要是聚乙烯（PE）隔膜、聚丙烯（PP）隔膜以及PE和PP复合多层微孔膜。

3、其他高分子钠离子电池隔膜

还有一种基于双基体包封渗透(DMEP)的新型高分子离子电池隔膜及其制备方法。该方法采用同轴喷嘴以一定的喷射速率比控制溶液的输出，纺丝后实现DMEP，一次性解决了膜的高孔隙率和强拉伸性能之间的矛盾。聚丙烯腈(PAN)基体包覆在纤维表面，DMEP膜具有较好的表面润湿性、较好的电解质吸收率和较好的孔隙率，薄膜的抗拉强度和断裂应变也相应提高。

这一结果是基于纤维的双基体PAN和聚乙烯醇(PVA)的不规则相互穿透和纤维之间的多点结合。DMEP膜具有良好的离子电导率(1.77 mS/cm)、热稳定性(270 ℃)和电化学性能。良好的力学性能、离子电导率和电化学性能表明DMEP复合隔板具有较大应用的潜力。

4、纤维素纸钠离子电池隔膜

聚烯烃微孔隔膜具有较好的电化学和化学稳定性，但其熔点低、热稳定性差，在高温条件下易发生热收缩，导致电池短路甚至发生安全事故。为了不影响电池电化学性能并得到具有较高热稳定性的钠离子电池隔膜，采用纤维素纸制备复合钠离子电池隔膜。

纤维素纸是一种吸附性良好的多孔材料，具有绿色环保、成本低且可回收的特点。采用纤维素纸隔膜（CP隔膜）组装电池并在进行测试发现，CP隔膜没有对正极的电化学反应产生不利影响，同时使电池表现良好的电化学性能。

5、玻璃纤维钠离子隔膜

目前使用的钠离子电池隔膜中，玻璃纤维隔膜仅停留在实验室使用，原因之一是这种隔膜的力学强度差，造成了玻璃纤维隔膜难以在工业中大范围推广。但是玻璃纤维隔膜具有非常好的孔洞大小和孔隙率，对钠离子电池的性能影响很大。今后玻璃纤维隔膜需克服力学强度差的问题，以促进钠离子电池发展。

4、钠电池隔膜的未来发展趋势

1、安全性第一位

钠离子隔膜的首要作用就是隔断正负极之间的连接，保证电池内部不发生短路，任何条件下，不发生短路是钠离子电池隔膜的重要任务。钠离子通过隔膜发挥作用，需要确保隔膜不会随着电池的使用发生任何化学变化，比如随着使用温度的升高、电解液的浓度变化等而对隔膜产生影响。在今后钠离子电池隔膜发展中要确保安全性第一位，即探索高安全性钠离子电池隔膜将成为今后研究和发展的重点。

2、化学稳定性强

目前钠离子电池隔膜绝大多数是聚合物高分子有机材料，而隔膜在使用中相当于要“浸泡”在电解液中使用。各类电解液大多数也是有机化合物，如醚类或者酯类有机电解液，根据“相似相容”原理，有机高分子隔膜遇到有机类电解液极有可能发生化学反应，从而影响了整个电池的稳定性。隔膜在选择高分子基底材料时一定要考虑和电解液的兼容性问题，做到“相似不相容”。同时隔膜也不会对电解液产生副作用，比如对电解液的污染等等，确保具有稳定的化学性能特征。

3、孔隙率及孔径大小恰当

所有的隔膜都是微孔和绝缘材料，都具有一定的孔径，这个孔径和孔隙率需要刚好能够通过钠离子。孔径过小会阻碍钠离子传输，造成电化学性能下降甚至无性能；孔径过大则有可能造成正负极颗粒材料穿过孔洞，也会造成电池电化学性能严重下降。在保证孔径恰当的同时，要使隔膜的孔洞保持均匀分布，即具有良好的孔隙率。分布不均衡会造成电流密度不均匀，容易形成钠枝晶。

4、力学强度增强

目前使用的钠离子电池隔膜中，玻璃纤维隔膜仅停留在实验室使用，原因之一是这种隔膜的力学强度差，造成了玻璃纤维隔膜难以在工业中大范围推广。但是玻璃纤维隔膜具有非常好的孔洞大小和孔隙率，对钠离子电池的性能影响很大。今后玻璃纤维隔膜需克服力学强度差的问题，以促进钠离子电池发展。

5、热稳定性变化小

当高分子钠离子电池隔膜应用在钠离子电池中时，随着温度的变化，高分子隔膜的热稳定性变化非常小，意味着高分子钠离子电池隔膜的热稳定性越来越好。这是今后高分子钠离子电池隔膜发展的一个显著特点，只要热稳定性随温度变化能够得到很好的控制，那么钠离子电池隔膜的其他性质也会同时得到大幅度提升和改善。

6、成本越来越低

目前市场上还是以锂离子电池为主，钠离子电池主要集中在科学研发阶段，在科学研发中大部分都使用的是玻璃纤维隔膜，这种隔膜的缺点非常明显，就是机械强度差，价格高昂，限制了玻璃纤维隔膜在市场上大范围推广。未来隔膜市场在成本上需要得到大幅度控制。目前锂离子电池中大量使用的是高分子聚合物隔膜，其最大的优点是价格较低，如果能够控制好高分子聚合物隔膜的孔洞大小和孔隙率，那么其在今后钠离子隔膜市场化过程中必将发挥重要的作用。