鋰離子電池新型隔膜材料的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高能量密度、無記憶效應、循環(huán)壽命長、對環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛地使用。隔膜作為鋰離子電池的核心材料之一，直接影響著電池的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命和安全性。聚乙烯微孔膜的強度好，能耐電解液腐蝕，無毒、價廉，在高溫時能熱閉合，成為主要的商品化隔膜。
　　聚乙烯微孔膜通常采用濕法(熱致相分離法，TIPS)工藝來制備，可以形成近似于圓形的納米級孔。微孔的一致性對于電池的性能有很大的影響，孔過大會加快電池的自放電過程，孔的大

2、小不均勻會使電流密度不均，從而降低電池的電壓一致性。因此，向聚合物/稀釋劑體系中添加能改善微孔結(jié)構(gòu)的成核劑的研究具有重要的意義。
　　聚乙烯微孔膜在溫度接近其熔點時能發(fā)生微孔閉合的現(xiàn)象，可以防止進一步的溫升，不會達到鋰的熔點或有機電解液的著火點以確保電池的安全。但閉孔的同時隔膜在尺寸上也有較大的收縮。隔膜的收縮和熔融都會導致電極的直接接觸，使正、負極材料之間發(fā)生化學反應，產(chǎn)生大量的熱量以致電池過熱。因此，如何降低隔膜材料的閉孔溫度

3、，并提高其熔斷溫度，減小熱收縮率，是提高電池安全性的關(guān)鍵問題。
　　另外，由于非極性的聚乙烯微孔膜具有疏水的表面和較低的表面能，對極性的有機電解液的親和性較差，吸收和保持電解液的能力不佳。因此，對隔膜表面的親水改性處理也成為提高隔膜應用性能的有效途徑之一。
　　綜合以上分析，確定本論文的研究內(nèi)容如下：
　　1、概述了鋰離子電池隔膜的研究現(xiàn)狀，并據(jù)此提出了本論文的研究方向和研究內(nèi)容。
　　2、以熱致相分離法制備聚乙

4、烯微孔膜。首先優(yōu)化了聚乙烯和稀釋劑液體石蠟的比例，然后在最佳比例條件下添加成核劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)來調(diào)控微孔結(jié)構(gòu)。利用掃描電鏡(SEM)、差示掃描量熱(DSC)、電化學工作站及電池測試系統(tǒng)等研究了隔膜的形貌、孔隙率、吸液率、水通量、結(jié)晶度、離子電導率和循環(huán)性能。結(jié)果表明，當PVP的添加量為2.0％時，微孔膜的孔隙率和吸液率分別提高了6.32％和40.87％。
　　3、針對單層聚乙烯隔膜在110℃時或更高的溫度會變軟甚至發(fā)生較

5、大收縮的缺點，采用熱致相分離法制備了聚乙烯/聚丙烯共混單層膜來改善熱收縮的問題。系統(tǒng)地分析了聚乙烯和聚丙烯的共混比例對成孔結(jié)構(gòu)、孔隙率、吸液率、結(jié)晶度、熱收縮、離子電導率和循環(huán)性能的影響。結(jié)果表明，聚乙烯聚丙烯共混不僅改善了熱收縮性，而且進一步提高了微孔膜的性能，當聚合物的濃度為30％，HDPE與iPP質(zhì)量比為90:10時，孔隙率達到49.97％，吸液率為175.0％，室溫離子電導率為6.11×10-4 S·cm-1，縱、橫向收縮率相對

6、于純的PE膜降低了1％～1.6％。
　　4、針對聚乙烯隔膜對電解液潤濕性差，吸液性不佳，高溫熱收縮大的問題，采用PVDF和Al2O3作為涂層物，涂覆在聚乙烯隔膜表面制備復合膜，用相轉(zhuǎn)化的方法使涂層成膜。通過在涂覆前對基底聚乙烯隔膜進行氧化預處理，有效提高了涂層與隔膜的結(jié)合強度。系統(tǒng)地研究了涂層溶液濃度和相轉(zhuǎn)化條件對隔膜材料的潤濕能力、吸液能力、熱穩(wěn)定性及電性能的影響。結(jié)果表明，當涂層溶液濃度為15％，nano-Al2O3含量為30