鋰離子電池新型隔膜材料的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高能量密度、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地使用。隔膜作為鋰離子電池的核心材料之一，直接影響著電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命和安全性。聚乙烯微孔膜的強(qiáng)度好，能耐電解液腐蝕，無(wú)毒、價(jià)廉，在高溫時(shí)能熱閉合，成為主要的商品化隔膜。
　　聚乙烯微孔膜通常采用濕法(熱致相分離法，TIPS)工藝來(lái)制備，可以形成近似于圓形的納米級(jí)孔。微孔的一致性對(duì)于電池的性能有很大的影響，孔過(guò)大會(huì)加快電池的自放電過(guò)程，孔的大

2、小不均勻會(huì)使電流密度不均，從而降低電池的電壓一致性。因此，向聚合物/稀釋劑體系中添加能改善微孔結(jié)構(gòu)的成核劑的研究具有重要的意義。
　　聚乙烯微孔膜在溫度接近其熔點(diǎn)時(shí)能發(fā)生微孔閉合的現(xiàn)象，可以防止進(jìn)一步的溫升，不會(huì)達(dá)到鋰的熔點(diǎn)或有機(jī)電解液的著火點(diǎn)以確保電池的安全。但閉孔的同時(shí)隔膜在尺寸上也有較大的收縮。隔膜的收縮和熔融都會(huì)導(dǎo)致電極的直接接觸，使正、負(fù)極材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量以致電池過(guò)熱。因此，如何降低隔膜材料的閉孔溫度

3、，并提高其熔斷溫度，減小熱收縮率，是提高電池安全性的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　另外，由于非極性的聚乙烯微孔膜具有疏水的表面和較低的表面能，對(duì)極性的有機(jī)電解液的親和性較差，吸收和保持電解液的能力不佳。因此，對(duì)隔膜表面的親水改性處理也成為提高隔膜應(yīng)用性能的有效途徑之一。
　　綜合以上分析，確定本論文的研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、概述了鋰離子電池隔膜的研究現(xiàn)狀，并據(jù)此提出了本論文的研究方向和研究?jī)?nèi)容。
　　2、以熱致相分離法制備聚乙

4、烯微孔膜。首先優(yōu)化了聚乙烯和稀釋劑液體石蠟的比例，然后在最佳比例條件下添加成核劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)來(lái)調(diào)控微孔結(jié)構(gòu)。利用掃描電鏡(SEM)、差示掃描量熱(DSC)、電化學(xué)工作站及電池測(cè)試系統(tǒng)等研究了隔膜的形貌、孔隙率、吸液率、水通量、結(jié)晶度、離子電導(dǎo)率和循環(huán)性能。結(jié)果表明，當(dāng)PVP的添加量為2.0％時(shí)，微孔膜的孔隙率和吸液率分別提高了6.32％和40.87％。
　　3、針對(duì)單層聚乙烯隔膜在110℃時(shí)或更高的溫度會(huì)變軟甚至發(fā)生較

5、大收縮的缺點(diǎn)，采用熱致相分離法制備了聚乙烯/聚丙烯共混單層膜來(lái)改善熱收縮的問(wèn)題。系統(tǒng)地分析了聚乙烯和聚丙烯的共混比例對(duì)成孔結(jié)構(gòu)、孔隙率、吸液率、結(jié)晶度、熱收縮、離子電導(dǎo)率和循環(huán)性能的影響。結(jié)果表明，聚乙烯聚丙烯共混不僅改善了熱收縮性，而且進(jìn)一步提高了微孔膜的性能，當(dāng)聚合物的濃度為30％，HDPE與iPP質(zhì)量比為90:10時(shí)，孔隙率達(dá)到49.97％，吸液率為175.0％，室溫離子電導(dǎo)率為6.11×10-4 S·cm-1，縱、橫向收縮率相對(duì)

6、于純的PE膜降低了1％～1.6％。
　　4、針對(duì)聚乙烯隔膜對(duì)電解液潤(rùn)濕性差，吸液性不佳，高溫?zé)崾湛s大的問(wèn)題，采用PVDF和Al2O3作為涂層物，涂覆在聚乙烯隔膜表面制備復(fù)合膜，用相轉(zhuǎn)化的方法使涂層成膜。通過(guò)在涂覆前對(duì)基底聚乙烯隔膜進(jìn)行氧化預(yù)處理，有效提高了涂層與隔膜的結(jié)合強(qiáng)度。系統(tǒng)地研究了涂層溶液濃度和相轉(zhuǎn)化條件對(duì)隔膜材料的潤(rùn)濕能力、吸液能力、熱穩(wěn)定性及電性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)涂層溶液濃度為15％，nano-Al2O3含量為30