当前，锂电隔膜行业正面临着技术同质化加剧、产能结构性过剩、价格恶性竞争及产业颠覆性变革的严峻复杂形势。涂覆材料的多元化和涂布工艺的优化创新正在加速推进隔膜产品的迭代升级。为满足更多应用场景和高能量密度要求的需要，隔膜薄型化渐成趋势。
图1 锂离子电池对隔膜的性能要求
隔膜薄型化对涂布工艺的影响是全方位的，涉及热稳定性、机械强度、工艺选择、基材处理及涂布液配置等多个维度。优化隔膜涂布技术关键工艺，是实现低成本规模化生产的必经之路。
图2 电池成本
（图片来源：Recent progress in thin separators for upgraded lithium ion batteries）
隔膜薄型化趋势
隔膜厚度是影响电池能量密度和安全性的关键参数，开发具有孔径分布均一、良好耐穿刺性能、环境适应性好、界面阻抗小、高离子电导率结构化的薄型化电池隔膜是未来的发展趋势。
锂电隔膜厚度多在7～25μm，而薄型化后的隔膜在干法和湿法基膜领域都已突破至3μm。在保证隔膜的安全性前提下，隔膜厚度的减薄可以腾出空间增加正负极材料，提高电池体积能量密度，满足电子设备长续航需求。
图3 主流锂电池隔膜厚度
提升电池能量密度
①体积能量密度优化
隔膜厚度直接影响电池内部活性材料的空间占比。例如，当隔膜厚度从25 μm降至5 μm时，电池体积能量密度可提升15%-30%。
②质量能量密度改善
薄型隔膜减轻了非活性材料的质量占比（传统隔膜占电池总质量的约1%），从而提升整体质量能量密度，尤其对电动汽车等需要轻量化的领域至关重要。
提高电池充放电性能
①缩短离子传输路径
隔膜厚度减少可缩短锂离子在正负极之间的传输距离，降低锂离子在电解液中的迁移阻力，使锂离子能够更快速地通过隔膜，从而提高电池的充放电效率。
②减少极化效应
薄型隔膜能有效降低电池充放电过程中的极化电压，提高能量转换效率。
降低材料与制造成本
①原材料节约
隔膜厚度减薄直接减少聚烯烃（如PP/PE）或功能性涂层材料（如Al₂O₃、PVDF）的用量，降低原材料成本。
②工艺优化潜力
薄型隔膜的生产工艺逐步成熟，规模化生产可进一步摊薄单位成本。
市场需求驱动
①电动汽车续航提升
电动汽车对电池能量密度的迫切需求推动隔膜向更薄、更高性能方向发展。
②消费电子轻薄化
手机、可穿戴设备等电子产品不断向轻薄化、小型化发展，对电池体积的严苛限制要求隔膜厚度进一步缩减。
目前，恩捷股份、中兴新材、捷力新能源等多家隔膜企业表示已研制出3μm薄型隔膜。但薄型化隔膜的应用仍以消费电子为主，能达到动力电池要求的企业仍在少数（主要原因是出于安全性的考虑）。
隔膜制备
图4 不同隔膜制备方法的简要概述
从上图中的分析来看，目前涂布技术是隔膜具有未来前景的制备方式之一，可以弥补隔膜材料的性能短板：
热稳定性不足
聚烯烃薄膜熔点较低（PE约135℃，PP约160℃），高温下易发生热收缩，导致电池短路。
通过涂布具有高熔点（>1000℃）的陶瓷颗粒，形成刚性骨架结构，防止隔膜熔融塌陷，显著提升隔膜的热稳定性，抑制高温收缩，降低短路风险。常用的陶瓷涂层如氧化铝（Al₂O₃）、氧化硅（SiO₂）、勃姆石（AlOOH）等。
电解液润湿性差
聚烯烃表面疏水性强，接触角高达80°以上，导致电解液吸收率较低（约80%），影响离子传输效率。
引入极性基团（如氟、羟基、羧基），增加孔隙连通性，降低表面接触角（可降至<30°），提高电解液吸收率（>95%），改善离子电导率。常用的亲水性聚合物涂层如PVDF、PVDF-HFP、PMMA、聚多巴胺等，或复合陶瓷-聚合物涂层。
机械强度不足
薄型化隔膜易被锂枝晶刺穿，存在安全隐患。
纤维网络或陶瓷层增强隔膜抗穿刺能力（抗拉强度提升50%-200%），抵御锂枝晶穿透。高强纤维涂层（如芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺）、纤维素纳米纤维）或复合陶瓷涂层。
功能化需求不足
传统隔膜缺乏阻燃性、自修复能力、热关断功能等关键特性，难以满足高端应用场景需求。
①阻燃性：添加磷系（如聚磷酸铵）、氮系（如三聚氰胺）阻燃剂或无机阻燃颗粒（如氢氧化铝）。
②自修复能力：引入动态共价键（如Diels-Alder键）或离子相互作用聚合物（如聚氨酯）。
③热关断功能：涂覆低熔点聚合物（如PE蜡、PVDF-HFP），在高温下熔融闭孔，阻断离子传输。
隔膜薄型化对涂布工艺的影响及优化措施
收放卷系统
①问题：超薄基材的拉伸强度和断裂伸长率下降，对张力波动极其敏感；基材刚性差，易受辊系平行度、压力均匀性影响，导致边缘翘曲、波浪边或横向褶皱；收放卷时摩擦易产生静电，吸附环境中的粉尘或毛屑，造成涂层缺陷甚至隔膜击穿。
②优化措施：
·张力及纠偏控制
·卷径动态测量与补偿
结合卷材厚度实时计算动态卷径，提升张力控制精度。
·静电消除
在收放卷辊附近安装静电消除装置，优化设备接地系统，或在收卷前通过导电辊释放静电。
张力稳定性
①问题：超薄基材机械强度显著降低，涂布过程中易因张力不均导致拉伸变形或撕裂。
②优化措施：
·张力控制系统优化
将基材路径分为放卷段、涂布段、收卷段，分别设定张力梯度。
采用高响应伺服电机，结合压力传感器实现实时反馈控制。
·自动纠偏装置升级
使用高精度传感器（如激光传感器），提升薄膜变薄后的边缘检测能力。
·在线检测
利用激光测厚仪或光学干涉仪实时监控涂层厚度，动态调整工艺参数。
·支撑与牵引增强
在涂布过程中增加支撑辊或导向装置，减少基材晃动和变形。
在纠偏辊表面集成静电发生器，通过静电力吸附基材，抑制变形。
涂布方式
①现状：当前主要涂布方式包括刮刀涂布、辊涂转移式涂布、狭缝挤压式涂布、静电喷涂技术等，但薄型隔膜对涂布精度要求更高，因此对涂布装置的要求更高。
②优化措施：
·狭缝挤压式优化
采用高精度模具和闭环流量控制系统，将涂布厚度偏差降至±0.1 μm以内。
·静电喷涂升级
通过调节电压实现纳米级均匀涂布，满足超薄涂覆需求。
干燥系统
①问题：基材受热后因各向异性收缩产生内应力，导致薄膜卷曲或形成不可逆褶皱，引发涂层对位偏移及界面结合力下降。
②优化措施：
·优化烘箱温度梯度
分段设置温度，减少基材受热不均导致的翘曲。
·涂布耐高温材料
采用交联结构材料（如聚酰亚胺）提升热稳定性，降低收缩率。
图片来自上海联净复合材料技术有限公司
低热膨胀系数导辊
使用如碳化硅陶瓷导辊，减少热传导引起的局部变形。
基本预处理
①问题：基材变薄后表面能降低，涂层易脱落。
②优化措施：
·表面改性
通过等离子体活化或化学接枝（如硅烷偶联剂），提高表面极性，接触角从85°降至15°。
·引入中间层
涂布粘结剂（如PVDF胶层）作为过渡层，增强涂层附着力，剥离强度从3 N/cm提升至8 N/cm。
涂布液配置
①要求：超薄隔膜涂布量较小，需涂布液具备低黏度、高分散性、快速固化及强界面结合力。
②优化措施：
·纳米复合配方
添加纳米陶瓷颗粒或导电碳材料，提升涂层机械强度与功能特性。
·分散技术升级
采用超声处理结合分散剂，确保颗粒均匀分布。
上海联净锂电涂布设备工艺
高精度涂布技术
采用狭缝挤压式涂布工艺，通过精密控制涂布头间隙（可达微米级）和浆料流动性，确保超薄涂层（如4-6μm）的均匀性和一致性，避免厚度偏差导致性能缺陷。
图片来自上海联净电子科技有限公司
智能化张力与纠偏系统
设备集成多段张力控制模块和实时纠偏装置，可精准调节基材运行过程中的应力分布，防止极薄隔膜（如6-8μm铝箔/铜箔）因拉伸变形或偏移导致破损或涂布不均。
图片来自上海联净电子科技有限公司
高效干燥优化
采用梯度温度场设计和风箱布局优化，在保证涂布速度（最高120m/min）的同时快速蒸发溶剂，避免薄型隔膜因长时间高温烘烤产生热收缩或结构形变。
核心部件精密化
关键组件如涂布辊、刮刀等采用高硬度合金材质并镀硬铬处理，结合进口精密传动系统，实现±1μm级涂布厚度控制，满足超薄隔膜对设备稳定性的严苛要求。
图片来自上海联净电子科技有限公司
在线检测与闭环控制
配备激光测厚仪和缺陷检测系统，实时监控涂层质量并反馈调节涂布参数，确保薄型化生产过程中良品率（＞99%）和工艺稳定性。
结语
随着锂电池产业向高能量密度方向加速演进，隔膜薄型化趋势对涂布工艺的精度控制、均匀性及稳定性提出了更高要求。
文章来源：中国涂布技术研究、上海联净电子科技有限公司
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