纳米改性超高分子量聚乙烯锂电池隔膜制备

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinlefeng1988
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隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,在正极和负极材料之间起电子绝缘、提供微孔通道支持离子迁移的作用。电池的容量、循环以及安全性能与隔膜性能的优劣有着直接的关系。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其良好的性能被广泛用于锂离子电池隔膜的制备。然而,UHMWPE隔膜存在孔隙率低、热稳定性较差、对电解液的润湿性较差等问题,需要对其改性。本论文介绍了通过溶液静电喷涂对UHMWPE隔膜进行改性的方法。本论文采用溶液静电喷涂方法,制备出了PVDF/UHMWPE复合隔膜、PVDF/SiO2/UHMWPE复合隔膜、PVDF/KH570#SiO2/UHMWPE(硅烷偶联剂KH570改性的纳米SiO2,记为KH570#SiO2)复合隔膜,并对其表面形貌、孔隙率、热稳定性、电化学性能进行研究。首先,通过研究溶液浓度及电压等因素对PVDF溶液静电喷涂的影响,确定最佳喷涂条件为PVDF质量分数3wt%,喷涂电压21 kV,并通过在UHMWPE隔膜负载PVDF微球的方法得到复合隔膜。测试结果表明,该隔膜的孔隙率从46%提高到73%,首次放电比容量提高了4.2%,经过50次循环,稳定性良好。其次,通过研究纳米SiO2的加入量对PVDF溶液参数的影响,确定最佳添加SiO2/PVDF比例为0.1wt%。研究不同电压对SiO2/PVDF溶液静电喷涂的影响,确定最佳喷涂电压为23 kV。在最佳条件下,通过静电喷涂制备了PVDF/SiO2/UHMWPE复合隔膜。测试结果表明,隔膜的孔隙率从46%提高到63%,接触角由30o降低到10o。将复合隔膜组装电池,测试结果表明首次放电比容量提高了32.5%。最后,为了提高纳米SiO2在PVDF溶液中的分散性,改善微球的团聚问题,通过硅烷偶联剂KH570(CH2=C(CH3)COO(CH2)Si(OCH33)对纳米SiO2进行接枝改性。在最佳条件下,通过静电喷涂PVDF/KH570#SiO2制备的PVDF/KH570#SiO2/UHMWPE复合隔膜,其首次放电比容量较PVDF/SiO2/UHMWPE复合隔膜提高了近12%。经过50次循环稳定性良好,满足锂离子电池的要求。
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