納米SiO2-PVdF-HFP與PP無紡布復合鋰離子電池隔膜的制備及性能研究.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品和電動汽車等飛速發(fā)展,比容量高、質量輕、無記憶效應和綠色環(huán)保的鋰離子電池開發(fā)也得到了越來越廣泛的關注。鋰離子電池隔膜作為鋰離子電池的核心部件之一,對鋰離子電池的性能、安全、壽命和成本等都有很大的影響。隔膜的研究和改善對鋰離子電池整體性能的提高有著十分重要的意義。為了制備出離子電導率高、電化學性能穩(wěn)定以及安全性能好的鋰離子電池隔膜,本論文主要以聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVdF-HFP)作為基體,添加無機納米SiO2,涂

2、覆在聚丙烯(PP)無紡布上,制備復合鋰離子電池隔膜,通過納米SiO2的改性、PP無紡布的等離子處理,研究對復合膜的物理和電化學性能影響,主要包括以下三個方面的內容:
　　(1)利用含氟偶聯(lián)劑十七氟癸基三甲氧基硅烷((Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetradecyl)trimethoxysilane, TSL-8233)改性納米二氧化硅(SiO2),并將改性前后的SiO2分散在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF

3、-HFP)溶液中,采用浸涂法分別制備以 PP無紡布為基底的鋰離子電池復合隔膜,并研究納米 SiO2的含氟偶聯(lián)劑改性對復合隔膜的物理和電化學性能影響。通過紅外光譜(FT-IR)、熱重分析(TGA)、透射電鏡(TEM)對改性前后的納米 SiO2進行分析表征,結果表明 TSL-8233可偶聯(lián)到 SiO2表面,并且其分散性能可以提高;通過掃描電子顯微鏡(SEM)、電化學工作站和藍電電池循環(huán)測試系統(tǒng)對復合隔膜的表面形貌、熱收縮率、離子電導率和電池

4、充放電循環(huán)等性能進行了相關測試。結果表明:含氟偶聯(lián)劑改性的SiO2能在PVDF-HFP中的均勻分散,添加改性納米 SiO2的復合隔膜在熱穩(wěn)定性、吸液率、離子電導率和電化學穩(wěn)定性等方面都有很大的改善,吸液率達到280％,室溫離子電導率為1.90×10-3 S?cm-1,放電比容量在循環(huán)100圈后仍穩(wěn)定在144 mAh/g以上。
　　(2)采用了等離子處理方法對PP無紡布進行接枝改性,即將甲基丙烯酸-(2,2,3,3,4,4,5,5-

5、八氟)戊酯(2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluoropentyl methacrylate, OFPMA)單體接枝到 PP無紡布表面。通過 FT-IR、XPS等測試,證明了OFPMA可接枝到 PP無紡布表面。分別以改性前后的PP無紡布為基底、表面涂覆 PVdF-HFP/F127/SiO2混合液制備復合隔膜,通過它們的吸液率、離子電導率等進行測試分析,結果表明:等離子處理時間為10 min時的效果最佳,此時復合隔膜(PHS-1

6、0)室溫下吸液率達到290％,離子電導率為1.76×10-3 S/cm。同時,其他測試也得到較滿意的結果,PHS-10的熱收縮性能和機械強度有明顯的提高;在電池性能方面,以復合隔膜 PHS-10組裝成的電池與未等離子處理復合隔膜(PHS)、商用膜 Celgard2400組裝成的電池性能相比,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能, PHS-10為隔膜組裝的電池在循環(huán)100圈后的放電比容量高于150 mAh/g,占其初始放電比容量155 mAh/g的98

7、％,具有很高的循環(huán)穩(wěn)定性,同時以 PHS-10為隔膜組裝的電池經(jīng)過大倍率放電后仍能穩(wěn)定工作。
　　(3)PP無紡布表面接枝 OFPMA有效地提高了復合隔膜的性能,但因采用 OFPMA提高了隔膜的價格。因此我們考慮丙烯酸替代 OFPMA,PP無紡布進行表面接枝丙烯酸,達到提高隔膜性能同時,可降低隔膜的價格。靜態(tài)接觸角測試結果表明:丙烯酸接枝前后接觸角由114°可降到15°,接枝的PP無紡布變?yōu)橛H水性,與納米 SiO2/PVdF-HF