鋰離子電池用PVDF-PMMA靜電紡復(fù)合隔膜的制備與改性研究.pdf

1、鋰離子電池是一種綠色高能電源，其具有極高的能量密度、相對(duì)較長(zhǎng)的循環(huán)壽命、能夠快速充放電等優(yōu)勢(shì);隨著制備工藝的不斷改進(jìn)，其生產(chǎn)制作成本也在不斷降低。鋰離子電池隔膜是鋰離子電池內(nèi)部的關(guān)鍵組件之一，既可以隔開(kāi)電池的正負(fù)極，也可以為鋰離子在正負(fù)極間的交換提供微孔通道。性能優(yōu)異的隔膜能夠?qū)﹄姵氐木C合性能有很大的影響。
　　靜電紡是一種簡(jiǎn)單有效的制備納米材料的方法，其制備的隔膜具有納米尺度纖維結(jié)構(gòu)，高比表面積，高孔隙率，高吸液率等優(yōu)點(diǎn)，可以很

2、好的用作鋰離子電池隔膜。
　　聚偏氟乙烯(PVDF，Poly(vinylidene fluoride））具備優(yōu)良的可紡成膜性，良好的機(jī)械性能，相對(duì)規(guī)整的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，Polymethyl methacrylate)為無(wú)定型聚合物，與電解液有很好的親和性，價(jià)格相對(duì)低廉。本課題綜合了PVDF和PMMA的各自優(yōu)點(diǎn)，采用靜電紡的方法制備了PVDF/PMMA混紡復(fù)合隔膜、以PVDF為芯層，PMMA為皮層的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合

3、隔膜以及PVDF/PMMA/PVDF層合復(fù)合隔膜，同時(shí)運(yùn)用熱處理的方法對(duì)直接混紡的PVDF/PMMA混紡復(fù)合隔膜做了改性處理。研究了上述各種隔膜的多項(xiàng)理化性能，并組裝成紐扣電池，對(duì)相關(guān)的電池性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　首先制備PVDF/PMMA混紡復(fù)合隔膜，主要通過(guò)觀察隔膜及纖維形態(tài)來(lái)確定最佳的紡絲參數(shù)。溶劑選擇體積比為6∶4的DMAc/丙酮溶液，溶質(zhì)濃度選擇12wt％，紡絲電壓選擇16KV，紡絲接受距離選擇22cm，紡絲速率選擇0.8

4、ml/h，溶質(zhì)PVDF與PMMA的質(zhì)量比選擇90/10。
　　分別采用150℃，155℃，160℃的溫度對(duì)混紡復(fù)合隔膜熱處理2h，并研究了熱處理前后隔膜的變化。發(fā)現(xiàn)熱處理可以提高隔膜均一性，增大纖維平均直徑，減小孔徑和孔隙率，提高隔膜結(jié)晶度，其中155℃熱處理的隔膜結(jié)晶度最大;熱處理可以較大的增強(qiáng)隔膜的機(jī)械性能，155℃處理的隔膜相比未處理的隔膜拉伸強(qiáng)度提升了48％;同時(shí)熱處理隔膜也具有良好的電化學(xué)性能，組裝好的電池也有優(yōu)異的電池

5、性能。綜合比較，155℃為最佳的熱處理溫度。
　　采用同軸紡的方法制備了以PVDF為芯層，PMMA為皮層的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合隔膜并研究其各項(xiàng)性質(zhì)。其特殊的纖維結(jié)構(gòu)使其具有非常高的吸液率和離子電導(dǎo)率，分別為558％和3.07×10-3S/cm;同時(shí)也有較好的機(jī)械性能，組裝后的電池性能也表現(xiàn)出色，有相對(duì)較高的首周充放電比容量157.1mAh/g，很好的循環(huán)性能，50周后的電池比容量為153.2mAh/g。
　　最后制備了PVDF/PM