當前，鋰電隔膜行業正面臨著技術同質化加劇、產能結構性過剩、價格惡性競爭及產業顛覆性變革的嚴峻複雜形勢。塗覆材料的多元化和塗布工藝的優化創新正在加速推進隔膜產品的迭代升級。為滿足更多應用場景和高能量密度要求的需要，隔膜薄型化漸成趨勢。
圖1 鋰離子電池對隔膜的性能要求
隔膜薄型化對塗布工藝的影響是全方位的，涉及熱穩定性、機械強度、工藝選擇、基材處理及塗布液配置等多個維度。優化隔膜塗布技術關鍵工藝，是實現低成本規模化生產的必經之路。
圖2 電池成本
（圖片來源：Recent progress in thin separators for upgraded lithium ion batteries）
隔膜薄型化趨勢
隔膜厚度是影響電池能量密度和安全性的關鍵參數，開發具有孔徑分佈均一、良好耐穿刺性能、環境適應性好、界面阻抗小、高離子電導率結構化的薄型化電池隔膜是未來的發展趨勢。
鋰電隔膜厚度多在7～25μm，而薄型化後的隔膜在干法和濕法基膜領域都已突破至3μm。在保證隔膜的安全性前提下，隔膜厚度的減薄可以騰出空間增加正負極材料，提高電池體積能量密度，滿足電子設備長續航需求。
圖3 主流鋰電池隔膜厚度
提升電池能量密度
①體積能量密度優化
隔膜厚度直接影響電池內部活性材料的空間佔比。例如，當隔膜厚度從25 μm降至5 μm時，電池體積能量密度可提升15%-30%。
②質量能量密度改善
薄型隔膜減輕了非活性材料的質量佔比（傳統隔膜占電池總質量的約1%），從而提升整體質量能量密度，尤其對電動汽車等需要輕量化的領域至關重要。
提高電池充放電性能
①縮短離子傳輸路徑
隔膜厚度減少可縮短鋰離子在正負極之間的傳輸距離，降低鋰離子在電解液中的遷移阻力，使鋰離子能夠更快速地通過隔膜，從而提高電池的充放電效率。
②減少極化效應
薄型隔膜能有效降低電池充放電過程中的極化電壓，提高能量轉換效率。
降低材料與製造成本
①原材料節約
隔膜厚度減薄直接減少聚烯烴（如PP/PE）或功能性塗層材料（如Al₂O₃、PVDF）的用量，降低原材料成本。
②工藝優化潛力
薄型隔膜的生產工藝逐步成熟，規模化生產可進一步攤薄單位成本。
市場需求驅動
①電動汽車續航提升
電動汽車對電池能量密度的迫切需求推動隔膜向更薄、更高性能方向發展。
②消費電子輕薄化
手機、可穿戴設備等電子產品不斷向輕薄化、小型化發展，對電池體積的嚴苛限制要求隔膜厚度進一步縮減。
目前，恩捷股份、中興新材、捷力新能源等多家隔膜企業表示已研製出3μm薄型隔膜。但薄型化隔膜的應用仍以消費電子為主，能達到動力電池要求的企業仍在少數（主要原因是出於安全性的考慮）。
隔膜製備
圖4 不同隔膜製備方法的簡要概述
從上圖中的分析來看，目前塗布技術是隔膜具有未來前景的製備方式之一，可以彌補隔膜材料的性能短板：
熱穩定性不足
聚烯烴薄膜熔點較低（PE約135℃，PP約160℃），高溫下易發生熱收縮，導致電池短路。
通過塗布具有高熔點（>1000℃）的陶瓷顆粒，形成剛性骨架結構，防止隔膜熔融塌陷，顯著提升隔膜的熱穩定性，抑制高溫收縮，降低短路風險。常用的陶瓷塗層如氧化鋁（Al₂O₃）、氧化硅（SiO₂）、勃姆石（AlOOH）等。
電解液潤濕性差
聚烯烴表面疏水性強，接觸角高達80°以上，導致電解液吸收率較低（約80%），影響離子傳輸效率。
引入極性基團（如氟、羥基、羧基），增加孔隙連通性，降低表面接觸角（可降至<30°），提高電解液吸收率（>95%），改善離子電導率。常用的親水性聚合物塗層如PVDF、PVDF-HFP、PMMA、聚多巴胺等，或複合陶瓷-聚合物塗層。
機械強度不足
薄型化隔膜易被鋰枝晶刺穿，存在安全隱患。
纖維網絡或陶瓷層增強隔膜抗穿刺能力（抗拉強度提升50%-200%），抵禦鋰枝晶穿透。高強纖維塗層（如芳綸（聚對苯二甲酰對苯二胺）、纖維素納米纖維）或複合陶瓷塗層。
功能化需求不足
傳統隔膜缺乏阻燃性、自修復能力、熱關斷功能等關鍵特性，難以滿足高端應用場景需求。
①阻燃性：添加磷系（如聚磷酸銨）、氮系（如三聚氰胺）阻燃劑或無機阻燃顆粒（如氫氧化鋁）。
②自修復能力：引入動態共價鍵（如Diels-Alder鍵）或離子相互作用聚合物（如聚氨酯）。
③熱關斷功能：塗覆低熔點聚合物（如PE蠟、PVDF-HFP），在高溫下熔融閉孔，阻斷離子傳輸。
隔膜薄型化對塗布工藝的影響及優化措施
收放卷系統
①問題：超薄基材的拉伸強度和斷裂伸長率下降，對張力波動極其敏感；基材剛性差，易受輥系平行度、壓力均勻性影響，導致邊緣翹曲、波浪邊或橫向褶皺；收放卷時摩擦易產生靜電，吸附環境中的粉塵或毛屑，造成塗層缺陷甚至隔膜擊穿。
②優化措施：
·張力及糾偏控制
·卷徑動態測量與補償
結合卷材厚度實時計算動態卷徑，提升張力控制精度。
·靜電消除
在收放卷輥附近安裝靜電消除裝置，優化設備接地系統，或在收卷前通過導電輥釋放靜電。
張力穩定性
①問題：超薄基材機械強度顯著降低，塗布過程中易因張力不均導致拉伸變形或撕裂。
②優化措施：
·張力控制系統優化
將基材路徑分為放卷段、塗布段、收卷段，分別設定張力梯度。
採用高響應伺服電機，結合壓力傳感器實現實時反饋控制。
·自動糾偏裝置升級
使用高精度傳感器（如激光傳感器），提升薄膜變薄後的邊緣檢測能力。
·在線檢測
利用激光測厚儀或光學干涉儀實時監控塗層厚度，動態調整工藝參數。
·支撐與牽引增強
在塗布過程中增加支撐輥或導向裝置，減少基材晃動和變形。
在糾偏輥表面集成靜電發生器，通過靜電力吸附基材，抑制變形。
塗布方式
①現狀：當前主要塗布方式包括刮刀塗布、輥塗轉移式塗布、狹縫擠壓式塗布、靜電噴塗技術等，但薄型隔膜對塗布精度要求更高，因此對塗布裝置的要求更高。
②優化措施：
·狹縫擠壓式優化
採用高精度模具和閉環流量控制系統，將塗布厚度偏差降至±0.1 μm以內。
·靜電噴塗升級
通過調節電壓實現納米級均勻塗布，滿足超薄塗覆需求。
乾燥系統
①問題：基材受熱後因各向異性收縮產生內應力，導致薄膜捲曲或形成不可逆褶皺，引發塗層對位偏移及界面結合力下降。
②優化措施：
·優化烘箱溫度梯度
分段設置溫度，減少基材受熱不均導致的翹曲。
·塗布耐高溫材料
採用交聯結構材料（如聚酰亞胺）提升熱穩定性，降低收縮率。
圖片來自上海聯凈複合材料技術有限公司
低熱膨脹係數導輥
使用如碳化硅陶瓷導輥，減少熱傳導引起的局部變形。
基本預處理
①問題：基材變薄後表面能降低，塗層易脫落。
②優化措施：
·表面改性
通過等離子體活化或化學接枝（如硅烷偶聯劑），提高表面極性，接觸角從85°降至15°。
·引入中間層
塗布粘結劑（如PVDF膠層）作為過渡層，增強塗層附着力，剝離強度從3 N/cm提升至8 N/cm。
塗布液配置
①要求：超薄隔膜塗布量較小，需塗布液具備低黏度、高分散性、快速固化及強界面結合力。
②優化措施：
·納米複合配方
添加納米陶瓷顆粒或導電碳材料，提升塗層機械強度與功能特性。
·分散技術升級
採用超聲處理結合分散劑，確保顆粒均勻分佈。
上海聯凈鋰電塗布設備工藝
高精度塗布技術
採用狹縫擠壓式塗布工藝，通過精密控制塗布頭間隙（可達微米級）和漿料流動性，確保超薄塗層（如4-6μm）的均勻性和一致性，避免厚度偏差導致性能缺陷。
圖片來自上海聯凈電子科技有限公司
智能化張力與糾偏系統
設備集成多段張力控制模塊和實時糾偏裝置，可精準調節基材運行過程中的應力分佈，防止極薄隔膜（如6-8μm鋁箔/銅箔）因拉伸變形或偏移導致破損或塗布不均。
圖片來自上海聯凈電子科技有限公司
高效乾燥優化
採用梯度溫度場設計和風箱布局優化，在保證塗布速度（最高120m/min）的同時快速蒸發溶劑，避免薄型隔膜因長時間高溫烘烤產生熱收縮或結構形變。
核心部件精密化
關鍵組件如塗布輥、刮刀等採用高硬度合金材質並鍍硬鉻處理，結合進口精密傳動系統，實現±1μm級塗布厚度控制，滿足超薄隔膜對設備穩定性的嚴苛要求。
圖片來自上海聯凈電子科技有限公司
在線檢測與閉環控制
配備激光測厚儀和缺陷檢測系統，實時監控塗層質量並反饋調節塗布參數，確保薄型化生產過程中良品率（＞99%）和工藝穩定性。
結語
隨着鋰電池產業向高能量密度方向加速演進，隔膜薄型化趨勢對塗布工藝的精度控制、均勻性及穩定性提出了更高要求。
文章來源：中國塗布技術研究、上海聯凈電子科技有限公司
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