高性能復(fù)合熔噴鋰離子電池隔膜的研究.pdf

1、與常見電池相比，鋰離子電池具有使用壽命長、放電電壓高、自放電率低、比能量高等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，比如移動(dòng)電話、MP3、筆記本電腦、平板電腦等。隨環(huán)境的惡化和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，作為清潔能源的鋰離子電池逐漸被應(yīng)用到電動(dòng)汽車以及大型儲(chǔ)能系統(tǒng)上，這對(duì)鋰離子電池的性能提出了新的要求，比如充放電倍率性能以及安全性能等。作為鋰離子電池的核心部件之一，隔膜起到很關(guān)鍵的作用。為研制性能良好的熔噴復(fù)合隔膜，本文研究了一定牽伸條件下PP熔噴

2、非織造材料經(jīng)過熱處理后的性能變化，PVDF-HFP多孔膜的制備及性能，以及PVDF-HFP/SiO2熔噴復(fù)合隔膜的物理以及電化學(xué)性能，并且與PE商業(yè)隔膜進(jìn)行了對(duì)比，得出下列結(jié)論：
　?。?）為得到力學(xué)性能優(yōu)良的PP熔噴基布，本文研究了在一定牽伸條件下PP熔噴非織造材料經(jīng)過熱處理后的性能變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于纖維沿PP熔噴材料縱向整體取向以及纖維結(jié)晶度的提高，PP熔噴非織造材料的縱向強(qiáng)力增強(qiáng)，縱向斷裂伸長率不斷降低，130℃的熱處理效果

3、最好，此時(shí)縱向強(qiáng)力提高45.2％。
　　（2）理想的PVDF-HFP薄膜應(yīng)具有亞微米級(jí)的平均孔徑、小的最大孔徑以及大的孔隙率和吸液率。本文研究了不同PVDF-HFP濃度以及去離子水濃度對(duì)PVDF-HFP薄膜性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨鑄膜液中 PVDF-HFP濃度的增加，薄膜的孔隙率、吸液率、平均孔徑以及最大孔徑降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨去離子水濃度的增加，薄膜的平均孔徑、最大孔徑、孔隙率以及吸液率不斷增大。
　　（3）為進(jìn)一步優(yōu)化薄膜

4、的性能，尤其是減小最大孔徑，本文采用了一種新穎的方法：在涂覆 PVDF-HFP薄膜之前先在玻璃板上涂覆一層納米SiO2顆粒，待薄膜成型后SiO2顆粒便附著到PVDF-HFP薄膜一側(cè)。例如，5%與7%PVDF-HFP薄膜經(jīng)過涂覆納米 SiO2后，最大孔徑分別由23.1和16.5μm減小到2.23和1.95μm，將PVDF-HFP薄膜的最大孔徑控制在2μm左右。此外，還發(fā)現(xiàn)涂覆 SiO2顆粒后PVDF-HFP薄膜平均孔徑基本沒有變化，且孔隙

5、率變化很小。
　?。?）為探究最大孔徑對(duì)電池性能的影響，分別用5%PVDF-HFP熔噴復(fù)合隔膜與5%PVDF-HFP/SiO2熔噴復(fù)合隔膜組裝電池，并進(jìn)行測試。初始循環(huán)時(shí)，兩種電池初始放電比容量很接近，然而52個(gè)循環(huán)后，由具有大的最大孔徑的5%PVDF-HFP熔噴復(fù)合隔膜組裝的電池的容量保持率僅為26.5%，而由小的最大孔徑的5%PVDF-HFP/SiO2熔噴復(fù)合隔膜組裝的電池的容量保持率高達(dá)84.3%。說明隔膜最大孔徑小于3μm

6、時(shí)可以滿足電池的正常循環(huán)。
　　（5）通過將涂覆有 SiO2顆粒的 PVDF-HFP薄膜與浸漬過PVDF-HFP丙酮溶液的PP熔噴無紡布熱軋復(fù)合，制成了一種新型的具有類似三明治結(jié)構(gòu)的熔噴復(fù)合隔膜。本文研究了熔噴復(fù)合隔膜的物理及電化學(xué)性能。經(jīng)孔徑測試發(fā)現(xiàn)熔噴復(fù)合隔膜的平均孔徑位于100到300nm之間，最大孔徑為2μm左右。與PE商業(yè)隔膜相比，熔噴復(fù)合隔膜具有更高的電解液吸液率、更好的熱穩(wěn)定性、更佳的電解液潤濕性以及與電極更小的界面