苯基--POSS-PVDF復合靜電紡鋰離子電池隔膜的制備與性能研究.pdf

1、眾所周知，商業(yè)化的聚烯烴隔膜由于其自身特點限制了它的性能提升。其孔隙率低，吸液性能弱，與電解液分別獨立存在，因此電池易漏液，性能不穩(wěn)定的同時電池容易出現(xiàn)安全問題。
　　PVDF靜電紡絲隔膜是能夠替代商業(yè)隔膜潛力巨大的候選材料。靜電紡絲方法能夠制備雜亂的納米纖維網(wǎng)膜，其較高的孔隙率和更好的吸液性能能夠促進隔膜的電化學以及循環(huán)表現(xiàn)。且PVDF靜電紡絲膜自身能夠吸收電解液形成凝膠聚合物(GPE)，電池中無液體電解液單獨存在，因此電池不易

2、漏液，使用更加安全。因此本文選用了有機-無機雜化的苯基-POSS作為改性材料，加入到PVDF中，分別通過懸浮共混和溶解分散的方法制備了BPPS和FPPS靜電紡絲鋰離子電池隔膜，并通過SEM、TG-DSC、吸液性能測試、電化學性能測試、循環(huán)性能測試綜合分析了隔膜的綜合表現(xiàn)。
　　懸浮共混苯基-POSS/PVDF隔膜中，得到如下結(jié)論。
　　(1)苯基-POSS明顯干擾了PVDF聚合物的結(jié)晶行為，纖維直徑明顯下降，其中B4膜（苯基

3、-POSS/PVDF:4/100,w/w）的平均纖維直徑下降到了285nm;纖維的形貌產(chǎn)生了明顯的變化，呈現(xiàn)出一種粗糙的樹皮狀外貌，通過EDS的mapping圖觀察得出，苯基-POSS在PVDF纖維膜中分散均勻，未出現(xiàn)明顯團聚;且隔膜的熱穩(wěn)定性較好，BPPS膜的熱收縮率保持在0.5％以下;
　　(2)BPPS膜更細的纖維直徑和其粗糙的形貌促進了隔膜的物理性能提升。B4膜的孔隙率和吸液率分別達到了70.2％和974％，粗糙的纖維外貌

4、和更細的纖維直徑使隔膜有更好的吸液性;
　　(3)粗糙的纖維形貌使纖維受到拉伸時摩擦力增加，大大增強了隔膜的斷裂強度，B2膜的拉伸斷裂強度為12.7MPa，相比于B0膜提升了693.7％。BPPS隔膜優(yōu)異的機械性能使其能夠滿足鋰離子電池組裝的需要;
　　(4)BPPS膜的電化學性能得到改善，B2膜的離子電導率為4.2×10-3S/cm，界面阻抗值為285Ω，電化學穩(wěn)定窗口達到了5.6V;
　　(5)B2膜的首次放電比容

5、量為145.8mAh/g，在室溫下經(jīng)過200次循環(huán)充放電后剩余放電比容量為80.1％;倍率測試表明，B2膜從0.1C升到2C過程中，放電比容量保持率為81.5％，再次升高到0.1C后，比容量回復率為93.4％;
　　溶解分散苯基-POSS/PVDF隔膜中，得到如下結(jié)論。
　　(1)FPPS膜的外觀變化不明顯，纖維直徑分布更加均勻。F4膜的孔隙率和吸液率分別為75.6％和650.5％。苯基-POSS在FPPS膜中的均勻分布提升

6、了隔膜的熱穩(wěn)定性，F(xiàn)4膜的熱收縮率為1.3％，相比于純PVDF膜下降了772％;
　　(2)FPPS膜的機械性能得到增強，F(xiàn)4膜的拉伸斷裂強度為9.4Mpa，相比于純PVDF膜提升了422.2％;
　　(3)FPPS膜的界面穩(wěn)定性好，F(xiàn)4膜的界面阻抗僅為116Ω;室溫下的離子電導率達到2.65×10-3S/cm，電化學穩(wěn)定窗口為5.1V;
　　(4)FPPS膜的首次充放電比容量依次為146.4、148.1、144.6和