论文部分内容阅读
隔膜是锂离子电池的关键组件之一,对电池的安全性能与循环性能有很大影响。聚烯烃隔膜的化学性能稳定、机械强度高、成本低廉,是商业应用最广泛的电池隔膜。但由于聚烯烃材料极性较弱、表面能较低,使得其与极性酯类、醚类有机电解液间润湿效果较差,导致锂离子传质阻力偏大;同时,因为聚烯烃分子的熔点较低,隔膜的热稳定性较差,易造成电池发生正负极短接等安全事故。提高聚烯烃隔膜的润湿性能、电化学性能及热稳定性能,成为研究者们关注的重点。本论文通过自组装的方法,在聚乙烯隔膜表面构筑了有机-无机复合修饰层,以改善聚乙烯隔膜的润湿性能、电化学性能及热温度性能。首先采用层层自组装-原位生长法,利用壳聚糖-醋酸钙聚阳离子电解质溶液与聚丙烯酸-硅酸钠聚阴离子电解质溶液,在聚乙烯隔膜表面构筑了（壳聚糖/聚丙烯酸-水化硅酸钙）2修饰层。对改性前后隔膜的结构与性能进行表征,结果显示,与聚乙烯原膜相比,前驱体溶液中钙离子、硅酸根离子浓度分别为0.04mol/L时所制备聚乙烯/（壳聚糖/聚丙烯酸-水化硅酸钙）2隔膜的粗糙度由57nm增加到70nm,表面能由42.6m J·m-2提高到54.6m J·m-2,吸液率由87%增长到133%,隔膜的润湿性能有了显著改善;而且隔膜的热稳定性也有了明显改善,140℃下放置0.5h,热收缩率仅为39%。对改性前后隔膜电化学性能的研究表明,改性后隔膜的本体阻抗由原膜的3.41Ω降低到1.70Ω,其离子电导率提升了约50%,界面阻抗由334.60Ω降低至120.30Ω,锂离子迁移数由0.45增加到0.57,改性隔膜的电化学性能比原PE隔膜有很大提升。组装电池进行测试,结果表示,循环200圈后,PE隔膜与MPE-1隔膜对应电池的容量保持率分别为58%和88%;在7.0C倍率下,PE隔膜与MPE-1隔膜对应电池的放电比容量分别为37.05m Ah/g和82.82m Ah/g,改性之后隔膜对应电池表现出较好的循环稳定性与倍率性能。为了进一步提高隔膜的润湿性能和电化学性能,在层层自组装-原位生长法改性聚乙烯隔膜的基础上,采用一步沉积自组装法,在聚乙烯隔膜表面构筑了（壳聚糖/聚丙烯酸-水化硅酸钙）修饰层。研究结果表明,组装时长为25min、钙离子和硅酸根离子组装浓度分别为0.05mol/L时所制备聚乙烯/（壳聚糖/聚丙烯酸-水化硅酸钙）隔膜的电解液接触角为5°,改性后隔膜达到对电解液的超亲液润湿性能;对比聚乙烯原膜,改性后隔膜的本体阻抗由3.41Ω降低到1.18Ω,离子电导率提升了65%,界面阻抗由334.60Ω降低至90.56Ω,锂离子迁移数由0.45增加到0.78。组装电池进行测试,结果表示,循环200圈后,PE隔膜与MPE-1隔膜对应电池的容量保持率分别为58%和99%;在7.0C倍率下,PE隔膜与MPE-1隔膜对应电池的放电比容量分别为37.05m Ah/g和94.33m Ah/g,改性之后隔膜对应电池表现出较好的循环稳定性与倍率性能。