静电纺丝制备锂离子电池用聚酰亚胺复合隔膜及其性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangchi900207
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隔膜是锂离子电池的重要组成部分,虽然不直接参与锂离子电池的电化学反应,但是防止了正负电极之间直接接触造成的短路,同时也提供了使锂离子快速迁移的通道。然而,商业聚烯烃隔膜由于其固有的非极性特点,导致其电解液润湿性差和吸收率低,从而影响了在高功率下锂离子电池的循环性能。此外聚烯烃隔膜较低的熔点,在过热时会发生尺寸收缩甚至融化的现象,这将会引发电池的内部短路,甚至发生火灾。因此针对上述问题,本论文采用有机蒙脱土(OMMT)和水滑石(LDH)作为改性材料,制备了热稳定性高且电解液润湿性好的聚酰亚胺(PI)复合隔膜,具体内容如下:(1)以有机改性后的蒙脱土(OMMT)作为改性填料,通过原位聚合法、静电纺丝技术和热亚胺化法制备含有OMMT的PI复合隔膜。研究结果表明:在氮气氛围下,热失重5%的温度高达568 oC,并且表现出良好的阻燃性;此外,OMMT的加入使PI隔膜的拉伸强度由8.1 MPa提升至14.7 MPa,从而降低了生产和组装过程中隔膜破裂的风险;与商用Clegard 2500隔膜相比,PI@OMMT隔膜表现出更宽的电化学稳定窗口(5.0 V)和更高的离子电导率(0.77 m S·cm-1);在电池的循环充放电测试中,使用PI@OMMT复合隔膜的Li Fe PO4/Li半电池在1 C下循环100次后仍有131 m Ah·g-1的放电容量和97%的容量保持率,远高于商业Celgard 2500隔膜的107 m Ah·g-1和80%。(2)以二维阻燃材料水滑石(LDH)作为改性填料,通过原位聚合法、静电纺丝技术和热亚胺化法制备含有LDH的PI复合隔膜。研究结果表明:PI/LDH-3 wt%复合隔膜的孔隙率大约为70%,良好的孔隙率使其电解液接触角为13°,远低于商用Celgard2500隔膜的47°和PI隔膜的31°,较低的电解液接触角表明复合隔膜对电解液拥有良好的亲和力;PI/LDH-3 wt%复合隔膜的拉伸强度和断裂伸长率分别高达11.0 MPa和11.2%;在电池的循环充放电测试中,使用PI/LDH-3 wt%复合隔膜的Li Fe PO4/Li半电池在1 C下循环90次后拥有最高放电容量为128 m Ah·g-1,而使用商业Clagard 2500隔膜的电池放电容量仅为115 m Ah·g-1。此外,燃烧实验显示:PI/LDH-3 wt%复合隔膜的阻燃性、自熄性显著优于商业Celgard 2500隔膜,这将在实际应用中给电池带来高温下的安全保障。
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