間位芳綸納米纖維基鋰電池隔膜的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種高能電源，其具有能量密度大、使用壽命長、可快速充放電等特點(diǎn)，在通信、民生和國防等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜作為關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其作用在于隔離電池正負(fù)極，同時(shí)為鋰離子的遷移提供通道，因此隔膜性能的優(yōu)劣直接影響到鋰離子電池的電化學(xué)性能和安全性能。
　　商品化聚烯烴類隔膜由于較低的成本、優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛的應(yīng)用在鋰電池隔膜中，但其對(duì)電解液浸潤性差，且高溫受熱時(shí)形變大，嚴(yán)重制約了

2、鋰電池的發(fā)展與應(yīng)用。采用靜電紡絲法制備的納米纖維膜具有纖維直徑小、孔隙率高和聚合物原料選擇靈活等特點(diǎn)，為鋰離子電池隔膜的制備提供了新的途徑。當(dāng)前在靜電紡鋰電池隔膜領(lǐng)域已取得了一些可喜的研究成果，但鋰電池隔膜還普遍存在著力學(xué)性能較差和耐高溫性差的缺點(diǎn)。本文通過選用間位芳綸（PMIA）和聚氨酯（PU）作為原料，結(jié)合兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，通過靜電紡絲技術(shù)制備出PMIA基納米纖維膜，并對(duì)其理化性能、電化學(xué)和電池性能進(jìn)行研究，旨在獲得綜合性能優(yōu)異的

3、鋰電池隔膜。
　　首先我們選用N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）/LiCl作為溶劑，配制出濃度為15wt％的PMIA紡絲溶液，通過靜電紡絲法制備出了PMIA納米纖維膜，并對(duì)其用于鋰電池隔膜進(jìn)行了初步探討。研究結(jié)果表明：PMIA優(yōu)異的機(jī)械性能使得PMIA隔膜具有高達(dá)24.25MPa的拉伸強(qiáng)度；PMIA良好的耐熱性賦予了PMIA隔膜優(yōu)異的熱穩(wěn)定性；相比Celgard隔膜，PMIA隔膜高的孔隙率及出色的電解液浸潤性使其擁有較高的離子電導(dǎo)率

4、和寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口；此外，在0.2C倍率下，PMIA隔膜組裝的Li/LiCoO2電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　此外，我們采用溶液共混靜電紡絲技術(shù)制備出了四種不同質(zhì)量比的PMIA-PU共混納米纖維膜，并對(duì)其用于鋰電池隔膜進(jìn)行了深入的研究。研究結(jié)果表明：靜電紡納米纖維膜所具有的高孔隙率、PU的引入和納米蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)使所制得的PMIA-PU共混隔膜具有高拉伸強(qiáng)度（>15.79MPa）和高達(dá)1.38mS/cm的離子電導(dǎo)率；PMIA的引入

5、賦予了共混隔膜優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、阻燃性和出色的電解液浸潤性，共混隔膜在180℃加熱0.5h后幾乎未發(fā)生熱收縮現(xiàn)象，有利于提高鋰電池的安全性能；同時(shí)，PMIA-PU共混隔膜高達(dá)5.1V的電化學(xué)穩(wěn)定窗口能夠滿足鋰離子電池在工作電壓范圍內(nèi)正常工作的需求；此外，與商品化Celgard隔膜相比，共混隔膜組裝的Li/LiFePO4電池在0.2C倍率下循環(huán)65次后具有高的容量保持率（96.29%）以及擁有良好的倍率放電性能，使其能夠滿足鋰離子電池的應(yīng)用