鋰離子電池與鈉離子電池隔膜研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重,鋰離子電池和鈉離子電池等新型儲(chǔ)能電池越來越受到關(guān)注。和傳統(tǒng)鉛酸電池、鎳鎘電池相比,鋰離子電池和鈉離子電池均具有循環(huán)壽命長、可逆儲(chǔ)存能量高、對環(huán)境友好、無毒無污染等優(yōu)點(diǎn),因此可廣泛適用于手機(jī)、筆記本等便攜式電子設(shè)備以及電動(dòng)車或固定大規(guī)模儲(chǔ)能電站等各個(gè)領(lǐng)域。但是目前科學(xué)界對于鋰離子電池和鈉離子電池的研究重點(diǎn)側(cè)重于尋找新型高性能的正負(fù)極材料,而對電池用隔膜的研究較少。本文研究重點(diǎn)在于改善鋰離子電池與鈉離子電池中的隔膜性

2、能,包括采用多巴胺包覆靜電紡絲隔膜用于鋰離子電池隔膜,提高鋰離子電池的電化學(xué)性能;制備新型鈉化全氟磺酸離子交換膜,在作為鈉離子電池隔膜的同時(shí)又取代傳統(tǒng)無機(jī)電解質(zhì)鹽添加的標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)電解質(zhì),從而改善鈉離子電池的電化學(xué)性能。
　　首先,針對鋰離子電池隔膜,采用靜電紡絲法制備出PVDF隔膜,然后對靜電紡絲隔膜進(jìn)行親水性包覆。利用多巴胺的自聚合能力,在弱堿性通氧條件下于靜電紡絲隔膜表面涂覆一層聚多巴胺(PDA)親水性層。制備出的PVDF隔膜與

3、PDA-PVDF隔膜分別進(jìn)行ATR-FTIR、SEM、XPS、接觸角、DSC、電導(dǎo)率等測試;并在LiMnO4/Li電池中通過循環(huán)伏安、電池充放電循環(huán)、電池倍率等測試對比了這兩類隔膜的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:通過多巴胺包覆后的靜電紡絲PVDF隔膜親水性增大,并且不影響隔膜的孔隙率與熱學(xué)性能;親水性改善后的PDA-PVDF隔膜電解液承載能力得到很大提高,電導(dǎo)率增加;電化學(xué)穩(wěn)定性不發(fā)生改變,且明顯提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。在0.5C充放電循環(huán)2

4、00圈后,使用PDA-PVDF隔膜的鋰離子電池放電容量衰減僅為4.2％,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未使用包覆多巴胺的PVDF隔膜的電池容量衰減(13.4%);并且在變倍率實(shí)驗(yàn)中,PDA-PVDF隔膜理論放電比容量總是高于PVDF隔膜系統(tǒng)。
　　其次,針對鈉離子電池隔膜,我們采用電解液浸潤的鈉化全氟磺酸離子交換膜膜(PFSA-Na)作為鈉離子電池的隔膜,并且鈉化的離子交換膜又可作為電解質(zhì)鹽直接使用,從而取代傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)鈉鹽液態(tài)電解液(NaClO4),簡

5、化電池制備工藝、提高電池性能。實(shí)驗(yàn)中對比了傳統(tǒng)液態(tài)標(biāo)準(zhǔn)電解液NaClO4以及杜邦公司生產(chǎn)的Nafion-115膜。實(shí)驗(yàn)表明:在45℃溫度和0.1C的條件下,使用PFSA-Na離子交換膜的電池首圈容量(118.6mAh/g)高于使用傳統(tǒng)NaClO4標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)電解質(zhì)的電池容量(94.0mAh/g),經(jīng)過50圈充放電循環(huán)后,使用PFSA-Na離子交換膜的電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,容量衰減率僅為2.4%,遠(yuǎn)小于液態(tài)NaClO4電解液的容量衰減率4