纖維素基電池隔膜紙的紙頁結構和性能的研究.pdf

1、在眾多電池中，鋰電池因其自身具有的優(yōu)點，如電壓輸出高、自放電率低、比能量大，良好的循環(huán)性能，并且無記憶效應，對環(huán)境無污染，在手機、便攜式電腦等各種數(shù)碼產(chǎn)品及醫(yī)藥行業(yè)、電動汽車和航天等領域得到了廣泛的應用。鋰電池的組成部分―隔膜，將電池的正負極分隔開，阻止電子通過，為離子傳輸提供通道，是電池安全性、容量的重要決定因素。
　　目前鋰電池中常用的隔膜為聚烯烴類隔膜，在本論文中，以聚烯烴纖維、細菌纖維素、溶解漿為隔膜主要結構基材，采用濕法

2、造紙工藝，并結合熱壓處理，來制備電池隔膜材料。主要研究工作包括以下幾方面：
　　用PFI磨漿機對溶解漿進行原纖化處理，顯微鏡下觀察纖維素的分絲帚化情況，并測試不同打漿度下紙頁作為隔膜的物理特性。結果表明溶解漿在60°SR打漿度下抄造的紙頁最適合制備電池隔膜，這個打漿度下的紙頁抗張指數(shù)、透氣度、吸收性分別為0.75N·m/g、31.14μm/（pa·s）、6.8cm/10min。使用機械疏解的方法分散細菌纖維素濕膜，對不同轉(zhuǎn)數(shù)下分散

3、的細菌纖維素做顯微鏡、電鏡和纖維質(zhì)量分析，結果表明采用10000r下機械疏解的細菌纖維素分散效果最佳，最適合與其他纖維配抄造紙成型。
　　聚烯烴ES纖維的平均長寬度分別為4.373mm，16.21μm，電鏡下觀察ES纖維形態(tài)，可見其表面附著有片狀和顆粒狀雜質(zhì)，使用十二烷基苯磺酸鈉進行預處理后，纖維表面油脂被清除干凈。ES纖維主要問題是分散性差，有機硅油消泡劑添加量為0.05％時， PEO分散劑添加量為0.25%時，紙張的勻度和強度

4、較好。熱壓溫度在140℃、壓力為3.12MPa下ES纖維隔膜強度較高，抗張指數(shù)、孔隙率、吸液率、透氣度、厚度分別為25.1N·m·∕g、49%、189%、4.2μm∕(Pa·s)、45μm，綜合性能符合隔膜要求。
　　將ES纖維和溶解漿、細菌纖維素以不同比例混合抄紙，當溶解漿添加量為15%時，聚烯烴/溶解漿復合隔膜的綜合性能優(yōu)異，此時復合隔膜的抗張指數(shù)、孔隙率、吸液率、透氣度、厚度分別18.7N·m·∕g、64%、219%、5.1

5、μm∕(Pa·s)、48μm，細菌纖維素添加量為10%時，聚烯烴/細菌纖維素復合隔膜的綜合性能良好，此時復合隔膜的抗張指數(shù)、孔隙率、吸液率、透氣度、厚度分別為25.6N·m∕g、58%、218%、4.4μm∕(Pa·s)、39μm。10C下循環(huán)100次之后，聚烯烴/溶解漿（15%）復合隔膜、聚烯烴/細菌纖維素（10%）復合隔膜放電比容量分別高達85mAhg-1、80mAhg-1，在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C倍

6、率下各循環(huán)5次之后，放電比容量保持率分別為71%、70%，纖維素基電池隔膜顯示出較高的容量保持率。
　　由三種不同厚度的BC濕膜經(jīng)熱壓后制備出的BC電池隔膜物理性能有很大不同，厚度越大，BC膜的定量越高，強度越大，孔隙率、吸液率、透氣度越小，5mmBC膜的抗張指數(shù)、孔隙率、平均孔徑、吸液率、透氣度、厚度分別為48.1N·m∕g、44%、16.987nm、141%、1.02μm∕(Pa·s)、19μm。10C下循環(huán)100次之后，BC

7、隔膜和某商業(yè)隔膜A隔膜電池的放電比容量相差無幾，約為40mAhg-1，在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C倍率下各循環(huán)5次之后，容量保持率為25%。
　　與ES纖維隔膜、某商業(yè)隔膜A相比，添加細菌纖維素、溶解漿的聚烯烴纖維復合隔膜的熱收縮性較好，溶解漿加入量5%、10%、15%、20%、30%、40%的復合隔膜，180℃下的熱收縮率分別為46.6%、45.5%、43.2%、38.6%、31.7%、6.4%，細菌