具有交聯(lián)形貌的二氧化硅-聚酰亞胺復(fù)合納米纖維膜的制備及其作為鋰電池隔膜的研究.pdf

1、與其它類型的可充電電池相比，鋰離子電池(LIBs)具有電壓高、比能量高、壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好、充電速度快、自放電率低等優(yōu)勢(shì)，對(duì)它的研究與開發(fā)應(yīng)用國(guó)內(nèi)外皆十分活躍，目前已然成為最受關(guān)注、產(chǎn)量最高的消費(fèi)類電池品種。由于鋰離子電池高容量、大功率的特點(diǎn)，被認(rèn)為是交通工具的動(dòng)力儲(chǔ)能電池的最理想之選、最具潛能的一個(gè)類型。二十一世紀(jì)以來，在全球環(huán)境和能源問題頻發(fā)的情況下，鋰離子電池作為一類重要的化學(xué)電池，由普遍的手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦及其

2、它便捷型電子設(shè)備和電器所用電池向航空航天、軍事國(guó)防領(lǐng)域和交通工具所用電池發(fā)展是時(shí)代的必然趨勢(shì)。鋰離子電池的發(fā)展方向主要是低成本、輕質(zhì)小型、高性能、長(zhǎng)壽命、大功率、高安全、綠化環(huán)保，目前正值鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，對(duì)電極材料和電解液的研究不斷地深入拓展，而電池隔膜雖不參與電池中的電化學(xué)反應(yīng)，但作為有著避免正負(fù)電極接觸、持有電解液、允許鋰離子通過這三個(gè)重要作用的組成部分，其性能也會(huì)對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)表現(xiàn)產(chǎn)生很大影響，對(duì)電池隔膜進(jìn)行研究開

3、發(fā)、提高隔膜性能也將是未來鋰離子電池發(fā)展的一個(gè)重要部分。目前商品化的鋰離子電池隔膜仍主要為聚烯烴微孔膜，其具有厚度薄、力學(xué)性能好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但由于聚烯烴本身的物理化學(xué)性質(zhì)和生產(chǎn)工藝的限制，其耐熱性差、與極性電解液的親和性差及孔隙率低等缺點(diǎn)也不容小視，尤其是熱尺寸穩(wěn)定性差的嚴(yán)重安全隱患更是值得重視。為找到適合于應(yīng)用在汽車動(dòng)力鋰離子電池中的電池隔膜，許多研究者開始關(guān)注無紡布隔膜和無機(jī)物增強(qiáng)的聚合物基隔膜。
　　聚酰亞胺(polyi

4、mide/PI)是一種新型的高性能特種工程塑料，其具有極耐高低溫、優(yōu)良的介電性能、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、穩(wěn)定的耐化學(xué)藥品性、優(yōu)異的耐輻照性能等突出優(yōu)點(diǎn)，靜電紡絲制備的聚酰亞胺納米纖維膜更是具有納米尺度材料特有的優(yōu)點(diǎn)，因此將其作為鋰離子電池隔膜，將具有更高的耐熱性、吸液率、孔隙率以及離子電導(dǎo)率，是一種在隔膜應(yīng)用方面具有極大潛力的新型材料。但是，靜電紡絲法制備的納米纖維膜內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)松散，孔隙率將近90％，因而力學(xué)性能較差，僅僅不足10

5、Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到電池隔膜對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的性能要求。
　　為了提高靜電紡絲法制備的聚酰亞胺納米纖維膜的力學(xué)強(qiáng)度，本文采用了同步水解-交聯(lián)法，利用酸的刻蝕和催化水解作用，在纖維膜內(nèi)部引入交聯(lián)形貌的同時(shí)在纖維表面復(fù)合了二氧化硅，成功地制得了具有交聯(lián)形貌的二氧化硅/聚酰亞胺復(fù)合納米纖維膜。該纖維膜的力學(xué)強(qiáng)度和對(duì)極性溶劑的潤(rùn)濕性均得到了很大的提高，拉伸強(qiáng)度從原來的6.24MPa提高到了80.0MPa，且玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱尺寸穩(wěn)定

6、性仍然保持在很高的程度，并且吸液率、孔隙率、離子電導(dǎo)率均比Celgard2400隔膜更優(yōu)，能夠滿足作為隔膜使用的性能要求。作為鋰離子電池應(yīng)用時(shí)，具有交聯(lián)形貌的二氧化硅/聚酰亞胺復(fù)合隔膜表現(xiàn)出了良好的充放電性能、較大的放電比容量以及多次循環(huán)后的放電比容量保持率，5C的大倍率放電時(shí)放電比容量仍保持80％以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Celgard隔膜。因此，采用同步水解-交聯(lián)法制備的具有交聯(lián)形貌的SiO2/PI復(fù)合納米纖維膜是有潛力成為下一代鋰離子電池隔膜