【摘 要】
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隔膜是锂离子电池的重要组成部分,其性能直接影响电池的使用性能及安全性。商业化的聚烯烃微孔膜存在电解液浸润性差、耐穿刺强度低等问题,传统的改性方法(涂覆改性)将不可避免的增加隔膜厚度及克重,无法满足高能量密度锂离子电池的需求,因此在不增加隔膜厚度的情况下提高隔膜的电解液浸润性及耐穿刺强度成为研究的热点,也是本课题的研究目的。本文以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体材料,以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(
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隔膜是锂离子电池的重要组成部分,其性能直接影响电池的使用性能及安全性。商业化的聚烯烃微孔膜存在电解液浸润性差、耐穿刺强度低等问题,传统的改性方法(涂覆改性)将不可避免的增加隔膜厚度及克重,无法满足高能量密度锂离子电池的需求,因此在不增加隔膜厚度的情况下提高隔膜的电解液浸润性及耐穿刺强度成为研究的热点,也是本课题的研究目的。本文以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体材料,以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为改性物质,通过共混改性的方式在隔膜基体中引入极性基团,采用EVA原料预处理及湿法同步双向拉伸工艺相结合的方式,制备了多种类型的EVA/UHMWPE共混改性隔膜,通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热测试(DSC)、拉力试验机等对隔膜的微观形貌、热性能、电解液浸润性、力学性能等进行一系列表征,研究EVA中醋酸乙烯酯(VA)含量、EVA的预处理手段及EVA的添加量对共混改性隔膜性能的影响,并对EVA/UHMWPE共混体系开展流变行为的研究,指导共混隔膜的加工过程。研究结果表明,使用低VA含量的EVA可以保证EVA与UHMWPE之间形成良好相容体系,对于隔膜性能的改善效果更好。通过挤出造粒和熔融塑炼两种方式对EVA进行预处理可以使EVA在隔膜体系中达到相同的分散效果,对隔膜性能的影响可以忽略。对于EVA/UHMWPE共混体系流变行为的研究表明,UHMWPE及EVA/UHMWPE共混体系均属于具有剪切变稀行为的假塑性流体。当EVA添加量为10 wt%时,UHMWPE与EVA分子链之间形成较为稳定的物理缠结。对于VA含量为9.3 wt%的EVA来说,当EVA添加量为10 wt%时,共混复合隔膜(R10)表现出最佳的综合性能,其在105℃下的热收缩率与UHMWPE隔膜几乎持平,电解液接触角为38.5°,吸液率98.68%,保液率78.85%,拉伸强度135.22 MPa,断裂伸长率81.65%,较UHMWPE隔膜均有大幅度的提升,尤其是该隔膜的耐穿刺强度达711.93 g,是UHMWPE隔膜(395.94 g)的1.8倍。其离子电导率(10.77×10-2 m S/cm)是UHMWPE隔膜的4.3倍,锂离子迁移数(0.048)是UHMWPE隔膜的1.92倍,对电池性能的提升效果十分显著。且该隔膜能够实现低温闭孔功能(87℃),为锂离子电池使用的安全性提供保障。
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