PVDF/PSF共混锂离子电池隔膜的制备结构调控

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锂离子电池已广泛应用于二次充电设备,便携式电子产品,电动交通工具,大型动力电源等领域。隔膜是其关键内层组件之一,其主要作用是物理上分隔正负极,防止电池内部短路,同时允许电解质离子自由通过,完成电化学充放电过程。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)是目前主要的锂离子电池隔膜材料,然而由于聚烯烃材料结晶度高、极性低导致隔膜存在两大瓶颈:(1)离子电导率低;(2)保液能力差,电解液易泄漏。这已经严重影响了锂离子电池的性能。  网状孔结构因其孔隙率高,孔径分布窄,孔的贯通性好,利于载流子的迁移,较为适合作为锂离子电池隔膜的孔结构。半结晶性的聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的力学性能及电化学稳定性,在用作锂离子电池隔膜材料方面已显示出巨大的潜力。热致相分离技术(TIPS)是制备多孔膜的常用方法之一,其成膜影响因素少、孔结构容易控制,所制备的多孔膜力学强度好、孔径分布窄。而利用共混技术可有效调节膜的孔结构,为制备网状孔结构提供可能。聚砜(PSF)是常用的一种与PVDF共混的膜材料。经研究发现,PSF的加入能够影响PVDF与溶剂之间的相互作用,调节体系的相分离过程从而达到调控膜孔结构的目的。  在本文中,首先通过TIPS法制备出了PVDF/PSF共混多孔膜。然后将所制得的共混多孔膜浸入电解液(LiPF6/EC/EMC/DMC)中活化成聚合物电解质。最后,将聚合物电解质组装成扣式电池测试其电化学性能。本文分别考察了PSF/PVDF质量比对“PVDF/PSF/稀释剂”体系相图、膜孔形貌、结晶度、结晶结构以及孔隙率的影响。同时也考察了PSF/PVDF质量比对对应聚合物电解质的吸液率,漏液率,离子电导率,电化学稳定窗口以及组装成电池后电池的循环性能和倍率性能的影响。研究发现随着PSF/PVDF质量比的增大,体系的动态结晶温度(Tc)升高,球状粒子结构数目变多粒径变小,并且在共混膜部分区域出现了网状孔结构。在一定PSF/PVDF质量比内共混膜的吸液率及对应聚合物电解质的离子电导率随着PSF/PVDF质量比的增大而增大。吸液率和室温离子电导率的最大值分别为129.76%和2.03×10-3S/cm。与纯PVDF聚合物电解质相比,由PVDF/PSF共混聚合物电解质组装的电池表现出更好的循环性能及倍率性能。随着PSF/PVDF质量比的增加,电化学稳定窗口从4.6V(vs.Li/Li+)增至4.9V(vs.Li/Li+)。
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