有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

锂离子电池由正负极材料、电解质溶液、电池隔膜和不锈钢外壳经组装所得,隔膜起到分隔电池正负两极,避免电池内部产生短路的重要作用。现在使用的电池隔膜多为微孔聚烯烃膜,这类膜具有良好的电化学稳定性、孔隙率和机械强度,但其仍有一些缺点如:热稳定性差

  第一章绪论

  1.1引言

  进入21世纪后,工业得到迅速发展,且随着能源危机与环境污染日益严重,人们意识到发展新能源产业的重要性。电力是一种可持续生产的清洁能源,除高污染的火力发电外,风能、太阳能、潮汐能、地热能和水均都可发电,但电力的储存和使用的安全性是一大问题。
  锂离子电池作为新一代的储能系统使用锂金属代替了传统铅蓄电池中的重金属元素铅,避免了重金属的使用对环境的污染[1]。锂离子电池具有的使用寿命长、较好环保性、较快的充放电效率和较高的能量密度等优点[2]。随着锂电池行业的迅猛发展,锂电池被运用于生产生活中的很多领域,但由于锂电池的大范围应用,锂电池的安全性能受到了挑战。2016年三星手机的锂电池爆炸事故的出现,引起的电池安全问题受到人的高度重视,因此研发出更加安全的锂离子电池是众多锂电池研究人员的研究重点。

  1.2锂离子电池

  1.2.1锂离子电池的发展历程

  电池的出现于1780年,意大利科学家伽伐尼正在解剖青蛙时解剖刀偶然间碰到铁盘内青蛙腿上的一根神经,青蛙立刻产生抽搐现象,伽伐尼对此展开研究,发现了生物电即所有生物都有生物电现象,这是指生命过程中产生的电流或电压。在1800年,意大利科学家伏打(Volta)受到伽伐尼实验的启发,对其实验深入挖掘并进一步研究发明而且成功发明了伏打电堆(伏打电池)并应用为电池,拉开了后续的电池发展史的帷幕[3]。经过不断的研究世界第一个可充电的锂电池于1976年被埃克森美孚的M.Stanley Whittingham教授研发出来,以TiO2为正极,金属锂为负极[4]。1987年Yohsino等人申请了一项专利,建立了一个原型电池,他们使用碳负极和LiCoO2正极。从生产制造的角度看,这种电池结构的设计促进了在当时锂离子电池的大规模生产。索尼格式在1991年商业化了锂离子电池,Goodenough在1996年发明了低成本的正极材料LiFePO4。而索尼公司又在2005年发明了高容量的负极材料C-Sn-Co[5]。随着锂电池的不断应用于创新,锂电池的不足也在凸显,渐渐的满足不了人们对其的更高要求。

  1.2.2锂电池的组成及工作原理

  锂电池由正负极材料、电解质溶液、电池隔膜和金属外壳组装而成。锂离子电池正极材料按照结构可以分为尖晶石晶体结构(锰酸锂LiMn2O4、镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4);层状结构(钴酸锂LiCoO2(六方层状晶体);橄榄石结构(磷酸铁锂LiFePO4)。负极材料有锂金属、硅基材料、钛酸锂和碳材料等。电解质有;锂盐(六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双亚胺锂和四氟硼酸锂等。电池隔膜有聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚合物微孔隔膜等。
  锂电池的工作方式是充电时锂离子从正极传到负极嵌入;放电时从负极传到正极嵌入的插嵌反应。其工作示意图如图1-1:

  图1-1(锂离子电池工作示意图)

有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  1.3锂电池隔膜

  1.3.1电池隔膜应具备的性能

  1、机械强度:其表现在纵横向拉伸强度和穿刺强度。根据国宇航局为测试隔膜的系列性能制定的标准[6],市场上使用的电池隔膜应具备伸强度在98.06 MPa以上,穿刺强度至少为9×104 g/cm。
  2、电导率:电导率决定着隔膜能否用于锂电池的组装,其要求是电池隔膜的离子电导率不得低于10-3 S/cm。
  3、热稳定性:隔膜的一个重要功能就是隔开电池正负极,倘若电池电池隔膜没有良好的热稳定性,一旦电池发热,隔膜很可能就会发生损坏,这样就会加大电池事故发生的可能。通常情况下把隔膜放在不低于90℃环境下,经1h后其热收缩不低于5%,该隔膜才算合格。
  4、浸润性:浸润性是隔膜必须具备的基本性能,隔膜具有良好的浸润性有利于快速吸收电解液,这就有利于快速组装锂电池。电池隔膜的浸润性由组成隔膜的原料具有的特性决定。

  1.3.2锂电池隔膜的种类

  1、无机涂层隔膜:由于Mg(OH)2、TiO2、Al2O3、SiO2等材料具有优良的耐热性[7],与在基体结合后,制备所得隔膜具备了有机物的柔性和无机物的刚性,能有效地提升隔膜的耐热性、耐高温性以及穿刺强度,降低电池因热失控导致的安全问题。YOOSH等人将SiO2颗粒涂覆在聚乙烯膜两侧,得到了一种复合涂层聚乙烯锂离子电池隔膜,将聚乙烯的耐热温度从135℃提升到了170℃[8]。而华东理工大学的杨云霞团队[9]通过在PE膜上涂覆一水软铝石使涂层更薄,使得PE膜的热稳定性有了明显的提升,在140℃下没有明显的变化,在180℃下处理30 min的热收缩也小于3%,同时研究者们发现在高温环境下熔化的一部分PE由于毛细管作用会进入表面AlOOH层,并与AlOOH颗粒良好接触形成互相连接的表面结构,从而提高了隔膜的热稳定性。并使基膜与涂覆层接触更紧密,提高了隔膜的力学性能。图1-2是AlOOH涂覆隔膜及PE隔膜在130~170℃的热收缩图:

  图1-2(AlOOH涂覆隔膜及PE隔膜在130~170℃的热收缩图)

有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究
  2、有机涂层隔膜:无机材料涂层虽然可以提升电池隔膜的耐热性,但也造成了离子转移电阻大和孔洞堵塞等一系列问题,有时也会影响隔膜对电解液的浸润性等。因此,有的电池隔膜研究者开始尝试用PMMA、ANF、PDA、PVDF与PAN等作为涂层材料来制备高性能的电池隔膜。由于PDA具有较好的亲水性和较强的粘附性,能有效改善聚乙烯隔膜的表面性能,增加复合隔膜的电解液润湿性和离子电导性能,因此Ryou等[10]将PDA涂覆在聚乙烯隔膜表面,得到了更加优良的隔膜。
  3、有机-无机涂层隔膜:无机材料涂层隔膜、有机材料涂层隔膜都有各自的优良特性,研究者就有了新的想法,将有机-无机材料涂覆在聚合物隔膜表面,是否会获得性能更好的有机-无机涂层隔膜。考虑到Al2O3纳米陶瓷具有良好的阻燃与隔热性能,PVDF具有良好的电解液润湿性。科学家An等以聚乙烯膜为基膜,先在表面涂覆一层Al2O3纳米陶瓷粉末,再继续涂覆PVDF纳米纤维,得到了一种聚合物纳米纤维-陶瓷多层复合隔膜。所得复合隔膜优良的耐热性、热稳定性和电解液润湿性[11]。

  1.3.3锂电池隔膜的制备方法

  1、干法制备:干法单向拉伸制备隔膜的工艺最先由美国(Celgar)和日本(UBE)两国公司开发的,而干法双向拉伸是中科院化学所徐懋等[12]人首先研发的。干法单向拉伸是通过将具备较低结晶度和较高取向度性能的聚烯烃类隔膜经过高温退火处理从而提升其结晶度,以得到能同时具备高结晶度和高取向度特性电池隔膜的一种方法。干法双向拉伸制备隔膜伸原理是在聚丙烯基材中加入具有成核作用的β晶型改剂,在拉伸过程中聚丙烯基材受热应力作用发生晶型转变产生微孔,因其受到的是双向拉伸,导致基材的两个方向都会受到热收缩,双向拉伸隔膜使得其横向拉伸强度略高于干法单向拉伸法的隔膜,具备较好的力学性能和物理性能,双向拉伸隔膜的力学性能好,微孔尺寸与分布均匀。干法制备成膜的缺点是膜的均一性不理想,横行拉扯易断裂。
  2、湿法制备:该法是将结晶的聚合物与稀释剂混合,先高温下预制为膜,而后以一定的速率降温,产生液液相分离、固液相分离,通过减压、萃取等除去其中的稀释剂,最后制得具有多孔结构的隔膜[13]。此法操作较为简单,制成隔膜时可调节隔膜的孔隙率和孔径,是适合企业连续生产使用的一种方法。但与干法制备相比湿法工艺有对生产设备的要求较高、生产周期长、投资成本高,所用材料容易造成环境污染。
  3、高压静电纺丝制备:高压静电纺丝制备电池隔膜是近些年来发展出的一种制备纳米纤维及非纺织隔膜的重要方法[14]。高压静电纺丝法的原理是通过在装有纺丝液针管的针头上接上高压正极,同时保证接收装置的接地线接地,使得纺丝液和接收装置之间形成一个高压电场,纺丝液在高压电场中进行喷射纺丝,喷射经过电场的牵伸变细,同时开启仪器的加热功能使溶剂水分迅速挥发而固化并沉积在接收装置上,得到一层薄薄的电池隔膜。图1-3是高压静电纺丝机的工作原理示意图。

  图1-3(高压静电纺丝的工作原理示意图)

有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究
  静电纺丝法是制备直径在数十纳米到数微米范围内的纤维组成的电池隔膜的既简单而又有效的技术。静电纺丝制备的隔膜具有小孔径、大比表面积、高渗透性、高孔隙率和开孔结构互连等诸多优点[15]。目前,适合通过高压静电纺丝工艺制造锂电隔膜的聚合物材料主要有:聚丙烯腈、聚酰亚胺聚、聚偏氟乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯醇等[16]。

  1.4课题研究目的与内容

  1.4.1研究目的

  传统的聚烯烃类电池隔膜已经无法满足应用越来越广的锂电池领域,聚乙烯醇作为一种可降解的高分子材料,在未来的超强环保意识的背景下有很好的应用前景。本课题研究意在将有机材料与无机材料混合后,利用静电纺丝技术将其制备成隔膜,所得隔膜应同时具备两种材料的优良特性。力求在制备出具有更好性能的隔膜的同时拓展隔膜制备新思路。

  1.4.2研究内容

  本课题取材:聚乙烯醇(PVA)具有易成膜的特性,其膜的机械性能良好,膜的拉伸强度随聚合度、醇解度升高而加强,与亲水性的纤维素有很好的粘接力的特性[17];羟基磷灰石(HAP)通过氢键或[OH-]-Ca2+-[-OH]和PVA和胶原结合形成有机-无机杂化体。在PVA有机相中引入羟基磷灰石无机相后,复合材料的线性粘弹性大大提高,经低温处理后塑性大幅度增加;将两者混匀后以海藻酸钠为助剂,促进两者均匀混合。而后用高压静电纺丝技术将聚乙烯醇/羟基磷灰石/海藻酸钠混合液纺制成膜。理论上,制备好的隔膜应同时具备所选材料具有的特性,以达到提高电池隔膜阻燃性的目的。

  第二章实验部分

  2.1实验仪器及试剂

  
仪器名称 型号 生产厂家
集热式恒温磁力揽拌器 DF-101S 巩义市予华仪器有限责任公司
高压静电纺丝机 NS-1 青岛聚纳达科技有限公司
电子分析天平 AUY220 岛津制作所
扫描电子显微镜 SIRION200 荷兰飞利浦公司
电子万能试验仪 ACS-J 日本 Shimadzu 公司
红外光谱仪 AVATAR370 美国 Thermo Nicolet 公司
热失重分析仪 Pyris6 TGA 型 美国 Perink-Elmer 公司
氧指数测定仪 F-3 型 日本理株式会社
真空手套操作箱 STX-1 南京科析实验仪器研究所
Land 电池测试系统 CT2001A 汉金诺有限公司

2.1.2实验试剂

药品名称 级别/型号 生产厂家
聚乙烯醇 20-99絮状 云南云维股份有限公司
纳米羟基磷灰石 HA0020 北京德科岛金科技有限公司
海藻酸钠 化学纯 上海一研生物科技有限公司
正丁醇 分析纯 辽宁嘉诚精细化学品有限公司
PP隔膜 Celgard 2500 深圳市天成和科技有限公司

  2.2实验内容

  2.2.1配制5wt%PVA溶液

  用电子天平称取50 g 10 wt%的聚乙烯醇水溶液放入烧杯中加入50 g去离子水,搅拌稀释得到5 wt%的聚乙烯醇溶液备用。

  2.2.2配制PVA/HAP/Alg混合纺丝液

  先用移液管移取5 wt%聚乙烯醇水溶液3 ml放入称量瓶中,用电子天平称重。根据其重量计算PVA质量。再根据聚乙烯醇(PVA)、无机羟基磷灰石(HAP)和海藻酸钠(Alg)的比例为90 wt%:1 wt%:9 wt%,由PVA重量计算HAP/Alg重量。然后,先将Alg放入装有5 wt%聚乙烯醇水溶液3 ml的称量瓶中搅拌2 h,待两者完全混合后再将HAP加入上述混合液中继续搅拌4 h,得到含有羟基磷灰石/聚乙烯醇/海藻酸钠的混合纺丝液备用。而后用此法配制对比实验所需要的PVA/HAP/Alg不同比例的混合纺丝液备用(其比例分别为:90:0:10;93:5:2;86:10:4;79:15:6)。

  2.2.3电池隔膜的制备

  由于是第一次使用静电纺丝机,不能确定纺丝的相关参数,因此,经过前期对文献的总结分析以及多次试验,最终将纺丝的电压确定在35 kV,接收距离为14 cm,推进速度为0.10 rpm。然后将纺丝液装在一次性针管内,启动纺丝机,待放完针管内的纺丝液后,用手术钳将滚筒上接收隔膜的铝箔取下来,静置2 h,将铝箔沿横向和纵向剪成一定尺寸,最后将隔膜取下来存好备用。

  2.2.4纽扣电池组装

  此次组装采用钴酸锂为正极;锂金属片为负极,PVA/HAP/Al复合隔膜为电池隔膜,然后在手套箱内组装:先用绝缘镊子将正极壳平稳放置在干净光滑的圆角玻璃板上,再用绝缘镊子夹取钴酸锂正极片铝箔侧朝下放置在正极壳内,使正极片铝箔圆心与正极壳重合;然后用绝缘镊子将隔膜平整的放置在正极片涂布层上;在PVA/HAP/Al复合隔膜表面滴加60μL电解液;待其充分浸润没有气泡后,用绝缘镊子将负极片缓慢放置在隔膜上,并注意使其圆心尽可能重合;其次用绝缘镊子将泡沫镍缓慢放置在负极片上,微调其位置使其圆心与负极片圆心完全重合;最后用绝缘镊子将负极壳放置在正极壳中,并使正极片、隔膜、负极片、泡沫镍完全包裹在其内部,用镊子加紧后装袋备用。
  手套箱外压制:用绝缘镊子夹起在手套箱内组装完成的纽扣测试电池,擦净其表面多余的电解液并缓慢放入封口机压片槽,采用1500 N/cm2的压力压制5 s,在室温下放置12 h,以备测试[18]。

  2.3隔膜性能测试

  2.3.1隔膜电镜测试

  隔膜在电池中的作用至关重要,为了保证电池内部电流均匀分布,隔膜应具有良好的孔径分布律。利用荷兰Philips公司制造的SIRION 200型扫描电镜观察喷金后复合隔膜的微观形貌,测试条件为加速电压15 kV、放大倍数5000倍,从而对不同比例的PVA/HAP/Alg复合隔膜微观形貌进行分析。

  2.3.2隔膜吸液率测试

  隔膜的吸液率与隔膜的离子电导率成正比,吸液率越高,离子电导率越高。其测试方法为:先将隔膜称重后放在正丁醇溶液中浸泡1 h,再进行称重。然后由公式计算吸液率:
  上式A代表吸液率,w0浸泡前隔膜重量,w1为浸泡后隔膜的重量。

  2.3.3隔膜热稳定性测试

  电池放电过程中,其内部产生温度不会低于80℃,作为电池内部组分之一的隔膜,要求其应具有良好的热稳定性。其性能测试如下:
  1.尺寸稳定性测试:将隔膜裁剪为25 mm×25 mm正方形试样,分别在温度为100℃、120℃、150℃、180℃的条件下受热处理2 h,分析其不同方向上的尺寸变化情况。
  2.TG测试:取15 mg左右的干燥隔膜试样放在石英坩埚中,用美国Perink-Elmer公司制造的Pyris6 TGA型热失重分析仪(TG)对隔膜的热分解温度及分解速率进行测试,使用origin 9.1对其热失重曲线进行绘制。测试条件:以N2保护气,温度范围80℃~500℃,升温速率15℃/min。

  2.3.4隔膜阻燃性能测试

  临界氧指数是用来测量材料在受控环境中的相对可燃性。临界氧指数是评价塑料及其他高分子材料相对燃烧性的一种表示方法,以此判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。本实验将测试样品裁剪成5条尺寸为20 cm×15 cm的长条形试样,采用JF-3型氧指数仪进行测试。

  2.3.5隔膜离子电导率测试

  电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。电导率σ的标准单位是西门子/米(简写为S/m),为电阻率ρ的倒数。而离子电导率描述的是离子在物质中流动的难易程度,可以通过测量交流阻抗,经由交流阻抗与离子电导率之间的关系推算出来。本课题通过下式电池隔膜的离子电导率:
  式中L为隔膜的厚度,A隔膜的几何面积,而R是通过电化学阻抗谱。

  2.3.6纽扣电池性能测试

  电池性能测试包括倍率性能和循环性能。测试隔膜倍率性能时,将池分别在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C、2 C倍率下充放电20次,电压为3.0V~4.5 V;测试循环性能时,首先将电池在0.1 C倍率下充放电23次,达到活化的目的。然后在1.0 C倍率下充放电50次。采用Land电池测试系统进行测试。

  第三章结果分析

  本章将PVA/HAP/Alg的五组不同比例成分:90:0:10;90:1:9;93:5:2;79:15:6;86:10:4;分别记作a、b、c、d和e组。并从电镜扫描结果;吸液率测试结果;热稳定性测试结果;阻燃性测试结果;电导率测试结果和蓝电池性能测试结果等方面进行分析。

  3.1电镜扫描结果

  图3-1所示为不同比例的PVA/HAP/Alg复合隔膜在15 kV的加速电压下放大5000倍的SEM图,在通过对表面形貌的观察能够大致推测隔膜的孔结构特点,从而推断其发生了何种相分离,因为特定的相分离一般能够产生特定的膜孔结构。图3-1为各组不同比例复合隔膜的扫描电镜图。在有机无机材料混合的过程中,无机材料的溶解度是影响纺丝过程中相分离成膜的重要因素。从图3-1中可以发现,当HAP浓度逐渐增加时,复合隔膜的完备性明显变差,图3-1(d图中出现的颗粒物质就是没有溶解完全的HAP。由此可认为适当降低HAP浓度或者以其他方法促进其溶解,能够提升隔膜的完整性
有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-1(不同比例的PVA/HAP/Alg复合隔膜SEM图)

  3.2吸液率测试结果

  吸液率指单位体积内该物质吸收电解液的多少,隔膜在电池内部需要进行锂离子的传递,因此隔膜必须吸附足够的电解液,使得锂盐能够部分解离以此保证电池内部拥有足够的锂离子浓度。吸液率作为衡量隔膜对电解液吸附水平的重要指标,吸液率提高有助于增加电解液的吸收,提升离子电导率,降低电池内阻,改善循环性能,这就要求隔膜具有良好的吸液率。从图3-2可以看到不同比例复合隔膜在电解液中浸泡不同时间后的吸液率,利用静电纺丝机制备出来的隔膜约在1.4 h后开始趋近饱和,这与市场上的商用隔膜有较大的提升。亦表明了有机/无机复合的思路是可行的。
有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-2(不同比例复合隔膜吸液率测试图)

  3.3热稳定性测试结果

  3.3.1尺寸稳定性分析

  a、b、c、d、e组试样,分别在温度为100℃、120℃、150℃、180℃的条件下受热处理2 h,其变化如下图3-3
有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-3(a、b、c、d、e组试样热处理图)

  从图中我们看出经过不同温度的热处理后a组、c组和d组颜色变得有些浅,这表明b组和e组的耐热性要高于其他三组。
  3.3.2TG分析
有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-4(各组隔膜及PP隔膜TG测试图)

  从图3-4中可以看到PP隔膜在350℃左右就发生了分解,表明其热稳定性较低,与其对比,本课题制备的PVA/HAP/Alg复合隔膜的TG曲线在550℃左右后逐渐发生分解而出现明显的失重现。测试结果表明本课题制备的隔膜热稳定性比PP隔膜要稍好一些。
  3.4阻燃性测试结果
有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-5(各组隔膜氧指数测试图)

  由图3-5可知复合隔膜的氧指数大概保持在32%,表明复合隔膜其不仅热稳定性较高,而且受热分解时,因失去等小分子而呈现出高度不饱和状态,其氧指数较高,具有较好的阻燃和自熄性,这表明将有机材料和无机材料混合制备具有良好阻燃性的电池隔膜是可行的。
  3.5电导率测试结果
有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-6(各组隔膜及PP隔膜斯特谱图)

  电池的离子电导率与其交流阻抗值成反比关系,一般来说能斯特谱图中曲线与Z'轴截距表示其交流阻抗R,在得知隔膜的厚度L和面积S之后,可以通过σ=L/(S×R)来计算隔膜的离子电导率[19]。根据公式和图3-6可得到复合隔膜的电导率要略高于商业PP隔膜。

  3.6纽扣电池性能测试结果

  3.6.1初次充放电容量测试

有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-7(PP隔膜组装电池与PVA/HAP/Alg复合隔膜组装成电池的初次充放电容量测试图)

  从充放电曲线图3-7中可得,由PP隔膜组装的电池经受完全放电测试后,测得其放电容量约为140 mAh﹒g-1,与其相比由PVA/HAP/Alg复合隔膜组装成的电池经过完全放电测试后,其放电容量约为160 mAh/g,这是由于利用静电纺丝技术制得的PVA/HAP/Alg复合隔膜具有良好的孔隙率和吸液率,由于隔膜是用纳米级的材料制备而成,并且分子结构中含有大量的极性基团,使得复合隔膜与电极具有较好的相容性,这有利于较小电极与隔膜之间的界面阻抗,使复合隔膜装配成的电池在充放电过程中产生较小的极化,从而提高电池的工作效率。

  3.6.2倍率充放电容量测试

有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究

  图3-8(PVA/HAP/Alg复合隔膜组装电池的倍率充放电容量测试图)

  由图3-8可看出,用PVA/HAP/Alg复合隔膜组装的电池在0.2 C、0.5 C、1 C、2 C、5 C和10 C倍率下的放电比容量大致在120mAh/g上下波动,这表明复合隔膜内部孔隙分布较均匀,可较好地降低电池内阻,提升电导率[20]。

  3.6.3循环充放电容量测试

  图3-9(黑色为PP隔膜、红色为PVA/HAP/Alg复合隔膜的循环充放电容量测试图)

有机/无机复合纳米纤维锂电池隔膜的制备及其性能研究
  图3-9是用PP隔膜组装的电池和PVA/HAP/Alg复合隔膜组装的电池在20℃下、倍率为1 C、电压范围3.0 V~4.5 V内进行50次循环充放电测试,从图中可以看到复合隔膜组装的电池放电比容量保持在145 mAh/g左右,而PP隔膜组装的电池的放电比容量则明显较低。这表明利用静电纺丝技术做出来的隔膜,将其用在电池组装后,电池性能有较大的提升。

  第四章总结与展望

  综上所述,本课题介绍了PVA/HAP/Alg混合纺丝液的配制过程,简单描述了PVA/HAP/Alg复合隔膜的制备过程以及所采用的制备工艺。通过电镜扫描、吸液率测试、热稳定性测试、阻燃性测试、电导率测试和蓝电池性能测试等对隔膜性能进行分析,由五组不同比例的PVA/HAP/Alg复合隔膜进行对比,发现纺丝液中的无机材料所占比例既不能过高,也不能过低,占比过高会导致HAP溶解不完全,过低则会导致PVA/HAP/Alg复合隔膜不完整。同时经过对复合隔膜的性能测试,发现制备出来的有机/无机复合隔膜具有良好的膜孔结构、电解液浸润性、热稳定性、阻燃性以及较好的电导率。
  随着锂电池的广泛运用,给我们的生活带来很多便利的同时也给我们带来了一系列烦恼,其中最突出的就是锂电池的安全问题。电池隔膜作为电池的重要组成部分,对电池的安全有着很大的影响,本文将有机材料与无机材料混合制备复合隔膜,以此来提升隔膜的性能,从而达到提高电池的安全性。在未来的锂电池产品中,锂电池得小巧耐用,这就要求锂电池隔膜具备更好的拉伸强度的同时还要具有良好的安全性和稳定性,这将是锂电池隔膜未来研究的重要方向。

  参考文献

  [1]Bruce P G,Freunberger S A,Hardwick L J,et al.LiO2 and LiS batteries with high energy storage[J].Nature materials,2012,11(1):19.
  [2]Dunn B,Kamath H,Tarascxjn J M,Electrical Energy Storage for the Grid:A Battery of Choices[J],Science,2011,334(6058),928-935.
  [3]张金龙,佟微,漆汉宏.锂电池发展浅谈[J].电源技术,2017,(09):1377-1379.
  [4]Whittingham M.S,Electrical Energy-Storage and Intercalation Chemistry[J],Science,1976,192(4244),1126-1127.
  [5]张天文.几丁质纳米纤维基锂离子电池隔膜的制备及其性能研究[D].中国科学技术大学,2019.
  [6]Richard S.Baldwin,Bennett W R,Eunice K.Wong,et al.Battery separator characterization and evaluation procedures for NASA's advanced lithium-ion batteries[J].2010.
  [7]王振华,彭代冲,孙克宁.锂离子电池隔膜材料研究进展[J].化工学报,2018,v.69(1):290-302
  [8]Chung Y S,YOO S H,KIM C K.Enhancement of Meltdown Temperature of the Porlyethylene Lithium-Ion Battery Separator via Surface Coating with Polymers Having High Thermal Resistance[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2009,48(9):4346-4351.
  [9]YANG C W,TONG H,LUO C P,et al.Boehmite particle coating modified microporous polyethylene membrane:a promising separator for lithium ion batteries[J].Journal of Power Sources,2017,348:80-86.
  [10]RYOU M H,LEE Y M,PARK J K et al.Mussel-Inspired Polydopamine—Treated Poliethylene Separators for High Power Li-Ion Batteries[J].Advanced Materials,2001,23(27):3066-3070.
  [11]AN M Y,KIM H T,CHANG D R.Multilayered separatorbased on porous polyethylene layer,Al2O3 layer,andelectro-spun PVDF nanofiber layer for lithium batteries[J]Journal of Solid State Electrochemistry,2014,18(7):1807-1814.
  [12]沈衡,赵宁,徐坚.锂离子电池隔膜专利分析与发展趋势[J].高分子学报,2015(11):1266-1270.
  [13]李晓东.静电纺丝法制备EVOH-SO3Li/无机物锂离子电池隔膜的研究[D].哈尔滨理工大学,2014.
  [14]王翠平,叶柳,李爱侠,等.静电纺丝法制备纳米纤维及其应用进展[J].大学物理实验,2016,29(6):22-29.
  [15]侯金利,电纺丝制备纳米纤维无纺布及其在锂硫电池中的应用[D].江苏大学,2017.
  [16]CHOI S S,LEE Y S,JOO C W,et al.Electrospun PVDF Nanofiber Web as Polymer Electrolyte or Separator[J].Electrochimica Acta,2004,50(2):339-343.
  [17]苏文萍.细菌纤维素的发酵、培养改性及应用研究[D].南开大学,2011.
  [18]Yadong Yu,Yan He,Mu Zhao,Yueqi Zhao,Kangren Kong,Zhaoming Liu,and Ruikang Tang.Tang Biomimetic Mineralized Organic–Inorganic Hybrid Macrofiber with Spider Silk-Like Supertough–ness[J].2019,1908556
  [19]王磊,静电纺Al2O3,TiO2改性联苯型聚酰亚胺锂离子电池隔膜的研究[J].哈尔滨理工大学2018.TM215.1;TQ322.4+2.
  [20]王晓.芳砜类高分子在锂离子电池隔膜中的应用与研究[D].青岛科技大学2018.
下载提示:

1、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“文章版权申述”(推荐),也可以打举报电话:18735597641(电话支持时间:9:00-18:30)。

2、网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。

3、本站所有内容均由合作方或网友投稿,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务。

原创文章,作者:写文章小能手,如若转载,请注明出处:https://www.sbvv.cn/chachong/15136.html,

(1)
写文章小能手的头像写文章小能手游客
上一篇 2021年11月20日
下一篇 2021年11月22日

相关推荐

My title page contents