锂离子电池内隔膜褶皱的原因以及如何消除？

估计作为锂电池研发人员，拆解电池时，经常都会碰到隔膜褶皱的情况。明明我们在制作电池的时候，隔膜都是很平整的包覆极片的，为何就褶皱了。
为了消除这个问题，需要先找到发生褶皱的原因。
本文内容参考文献《锂离子电池内隔膜褶皱的原因及消除》，由闫晓清等人合作完成。
一、研究背景与问题提出
锂离子电池在制造过程中，注液时常见隔膜局部出现褶皱，并在隔膜与极片之间残留气泡。这些缺陷会导致电池内部电阻分布不均，局部过充或过热，进而影响电池的一致性和循环性能。隔膜褶皱问题长期困扰电芯制造企业，尤其在大尺寸动力电池生产中更为突出，成为提升电池一致性的技术瓶颈。
二、研究方法与材料
研究采用了多种隔膜材料，包括：
• 干法单向拉伸PP隔膜

• 干法双向拉伸PP隔膜
• 湿法双向拉伸PE隔膜
• 涂覆Al₂O₃或PVDF的复合隔膜
实验通过模拟电池注液过程，将DMC（碳酸二甲酯）滴在隔膜表面，观察其流动浸润行为，并结合高速摄像分析浸润前沿的动态过程。同时，通过热压方式将PVDF涂覆的复合隔膜与正负极片结合，并测试其剥离强度，探究黏结对褶皱消除的影响。

三、隔膜褶皱的形成机制
1. 毛细作用是主要成因
研究发现，DMC在浸润隔膜时，会渗入隔膜微孔（孔径＜100 nm），产生毛细压力，导致隔膜在液流前沿局部隆起，与极片之间形成间隙。这种周期性的“贴合-分离”过程表现为褶皱的“竹节状”结构。
2. 气泡残留加剧褶皱
DMC浸润隔膜和极片内部孔隙时，会将孔隙中的空气排出，这些气体在界面处聚集形成气泡，进一步推动隔膜局部变形，形成褶皱。
3. 隔膜厚度与褶皱间距的关系
随着隔膜厚度增加，褶皱间距增大，褶皱数量减少，但隔膜与极片的贴合性变差，界面接触电阻增加，说明单纯增加厚度并非根本解决之道。
4. 涂层材料的影响
涂覆Al₂O₃的隔膜因刚性增强，褶皱间距更大；涂覆PVDF的隔膜因润湿性改善，褶皱间距较小，但仍无法完全消除褶皱。
四、褶皱消除的策略与实验验证
1. 热压复合隔膜与极片
通过将PVDF/PP复合隔膜与正负极片在90℃、不同压力下热压结合，增强隔膜与极片间的黏结力，以抵消毛细作用。
2. 剥离强度与褶皱消除的关系
• 当剥离强度＜10 mN/cm时，褶皱数量减少但仍存在；
• 当剥离强度＞15 mN/cm时，褶皱完全消失；
• 对于石墨负极，即使剥离强度仅为约2 mN/cm，褶皱也能完全消除，说明负极与隔膜的界面作用更强。
3. 机理总结
褶皱的产生本质上是毛细作用力大于隔膜与极片间黏附力的结果。通过热压提高界面黏结强度，可有效抑制隔膜的局部隆起和变形。
五、结论与意义

1. 褶皱成因明确：隔膜褶皱主要由电解液浸润时的毛细作用和气泡残留共同导致，与隔膜种类、厚度、涂层类型有关，但非晶区溶胀导致的应力松弛并非主因。
2. 解决方案有效：采用PVDF涂覆的复合隔膜与极片热压结合，通过提高界面黏结强度（剥离强度＞15 mN/cm），可完全消除褶皱。
3. 工艺可行性高：该方法无需大幅改变隔膜生产工艺，仅通过优化电芯组装工艺即可实现，具有较高的工业推广价值。
4. 对电池性能的改善：消除隔膜褶皱有助于提升电池内部界面接触均匀性，降低局部过充/过放风险，从而提高电池的一致性和循环稳定性。