納米SiO2-PVdF-HFP與PP無(wú)紡布復(fù)合鋰離子電池隔膜的制備及性能研究.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)等飛速發(fā)展,比容量高、質(zhì)量輕、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保的鋰離子電池開(kāi)發(fā)也得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。鋰離子電池隔膜作為鋰離子電池的核心部件之一,對(duì)鋰離子電池的性能、安全、壽命和成本等都有很大的影響。隔膜的研究和改善對(duì)鋰離子電池整體性能的提高有著十分重要的意義。為了制備出離子電導(dǎo)率高、電化學(xué)性能穩(wěn)定以及安全性能好的鋰離子電池隔膜,本論文主要以聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVdF-HFP)作為基體,添加無(wú)機(jī)納米SiO2,涂

2、覆在聚丙烯(PP)無(wú)紡布上,制備復(fù)合鋰離子電池隔膜,通過(guò)納米SiO2的改性、PP無(wú)紡布的等離子處理,研究對(duì)復(fù)合膜的物理和電化學(xué)性能影響,主要包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容:
　　(1)利用含氟偶聯(lián)劑十七氟癸基三甲氧基硅烷((Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetradecyl)trimethoxysilane, TSL-8233)改性納米二氧化硅(SiO2),并將改性前后的SiO2分散在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF

3、-HFP)溶液中,采用浸涂法分別制備以 PP無(wú)紡布為基底的鋰離子電池復(fù)合隔膜,并研究納米 SiO2的含氟偶聯(lián)劑改性對(duì)復(fù)合隔膜的物理和電化學(xué)性能影響。通過(guò)紅外光譜(FT-IR)、熱重分析(TGA)、透射電鏡(TEM)對(duì)改性前后的納米 SiO2進(jìn)行分析表征,結(jié)果表明 TSL-8233可偶聯(lián)到 SiO2表面,并且其分散性能可以提高;通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、電化學(xué)工作站和藍(lán)電電池循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)復(fù)合隔膜的表面形貌、熱收縮率、離子電導(dǎo)率和電池

4、充放電循環(huán)等性能進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。結(jié)果表明:含氟偶聯(lián)劑改性的SiO2能在PVDF-HFP中的均勻分散,添加改性納米 SiO2的復(fù)合隔膜在熱穩(wěn)定性、吸液率、離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性等方面都有很大的改善,吸液率達(dá)到280％,室溫離子電導(dǎo)率為1.90×10-3 S?cm-1,放電比容量在循環(huán)100圈后仍穩(wěn)定在144 mAh/g以上。
　　(2)采用了等離子處理方法對(duì)PP無(wú)紡布進(jìn)行接枝改性,即將甲基丙烯酸-(2,2,3,3,4,4,5,5-

5、八氟)戊酯(2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluoropentyl methacrylate, OFPMA)單體接枝到 PP無(wú)紡布表面。通過(guò) FT-IR、XPS等測(cè)試,證明了OFPMA可接枝到 PP無(wú)紡布表面。分別以改性前后的PP無(wú)紡布為基底、表面涂覆 PVdF-HFP/F127/SiO2混合液制備復(fù)合隔膜,通過(guò)它們的吸液率、離子電導(dǎo)率等進(jìn)行測(cè)試分析,結(jié)果表明:等離子處理時(shí)間為10 min時(shí)的效果最佳,此時(shí)復(fù)合隔膜(PHS-1

6、0)室溫下吸液率達(dá)到290％,離子電導(dǎo)率為1.76×10-3 S/cm。同時(shí),其他測(cè)試也得到較滿(mǎn)意的結(jié)果,PHS-10的熱收縮性能和機(jī)械強(qiáng)度有明顯的提高;在電池性能方面,以復(fù)合隔膜 PHS-10組裝成的電池與未等離子處理復(fù)合隔膜(PHS)、商用膜 Celgard2400組裝成的電池性能相比,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能, PHS-10為隔膜組裝的電池在循環(huán)100圈后的放電比容量高于150 mAh/g,占其初始放電比容量155 mAh/g的98

7、％,具有很高的循環(huán)穩(wěn)定性,同時(shí)以 PHS-10為隔膜組裝的電池經(jīng)過(guò)大倍率放電后仍能穩(wěn)定工作。
　　(3)PP無(wú)紡布表面接枝 OFPMA有效地提高了復(fù)合隔膜的性能,但因采用 OFPMA提高了隔膜的價(jià)格。因此我們考慮丙烯酸替代 OFPMA,PP無(wú)紡布進(jìn)行表面接枝丙烯酸,達(dá)到提高隔膜性能同時(shí),可降低隔膜的價(jià)格。靜態(tài)接觸角測(cè)試結(jié)果表明:丙烯酸接枝前后接觸角由114°可降到15°,接枝的PP無(wú)紡布變?yōu)橛H水性,與納米 SiO2/PVdF-HF