鋰離子電池功能化陶瓷涂覆隔膜的制備和性能研究.pdf

1、鋰離子電池被廣泛用于便攜設(shè)備領(lǐng)域，也被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的電動汽車動力電池體系。但其現(xiàn)有體系的工作模式（尤其是作為電動汽車的動力電源時）在技術(shù)上仍然存在巨大的安全隱患。隔膜是鋰離子電池中防止正負(fù)極材料直接接觸而造成短路的隔板，是保障鋰離子電池安全的一大關(guān)鍵因素。目前，商品化的液態(tài)鋰離子電池大多選用微孔聚烯烴膜作為隔膜，它雖具有適宜的孔徑、穩(wěn)定的化學(xué)性能、足夠的機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點，但由于在高溫下尺寸穩(wěn)定性差，容易收縮甚至熔化破膜，造成電池內(nèi)

2、部短路，可能導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控進(jìn)而起火爆炸。此外非極性的聚烯烴隔膜具有疏水的表面和較低的表面能，導(dǎo)致其與極性電解液之間親和性較差。
　　目前，陶瓷涂覆隔膜（陶瓷隔膜）被認(rèn)為是一種能夠有效解決以上問題的方法。陶瓷涂層對陶瓷隔膜的性能起到關(guān)鍵作用，而陶瓷粉體是陶瓷涂層的關(guān)鍵組成成分。大量研究結(jié)果都表明，材料的性能與其組成、結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑等因素密切相關(guān)。因此，微觀的陶瓷粉體性質(zhì)會直接影響宏觀的陶瓷涂層特性進(jìn)而對陶瓷隔膜性能產(chǎn)生影響。本

3、課題在傳統(tǒng)陶瓷隔膜能夠有效抑制熱收縮的基礎(chǔ)上，另從陶瓷粉體的結(jié)構(gòu)和成分兩個方面入手，對其進(jìn)行良好地設(shè)計和控制，以此復(fù)合進(jìn)新的功能特性，最終制得具有復(fù)合功能特性的陶瓷粉體，以提高陶瓷隔膜的各方面性能，進(jìn)而改善鋰離子電池的各項性能。
　　本文探究了具有有機(jī)-無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)的陶瓷粉體對陶瓷隔膜性能的影響。用無皂乳液聚合法在二氧化硅(SiO2)球形陶瓷粉體表面包覆一層聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)殼層。將SiO2-PMMA核殼結(jié)構(gòu)亞微球涂覆在

4、聚乙烯(PE)隔膜表面制備成涂覆SiO2-PMMA核殼結(jié)構(gòu)亞微球的結(jié)構(gòu)功能化陶瓷隔膜。該隔膜結(jié)合了陶瓷隔膜在高溫下能保持尺寸穩(wěn)定和凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)能穩(wěn)定電解液的優(yōu)點。具有良好耐熱性的SiO2核能夠有效抑制隔膜的熱收縮，提高電池安全性。PMMA殼層加強(qiáng)了隔膜與電解液間的相互作用，提高了隔膜與電解液的親和性。且PMMA經(jīng)過電解液活化后，形成了凝膠態(tài)物質(zhì)，使得該陶瓷隔膜具備了GPE的功能特性，能夠有效地吸收和保持電解液。
　　

5、本文不僅在結(jié)構(gòu)方面優(yōu)化陶瓷粉體，同時嘗試在成分方面將其功能化并探究陶瓷粉體成分功能化對陶瓷隔膜性能的影響。在正硅酸乙酯水解過程中加入含硼化合物，將具有缺電子特性的硼元素(B)引入硅氧(Si-O)骨架中。將含硼二氧化硅(B-SiO2)單面涂覆于PE隔膜上制成了涂覆B-SiO2的結(jié)構(gòu)功能化陶瓷隔膜。耐熱性良好的SiO2在PE隔膜表面形成骨架結(jié)構(gòu)，維持隔膜在高溫下的尺寸穩(wěn)定性，提高電池安全性。該隔膜與電解液的親和性、吸液率和離子電導(dǎo)率均有提升