聚吡咯/有机蒙脱土新型复合电池隔膜材料的研究

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随着锂离子电池在便携式高储能设备和电动车领域的快速发展,隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,对锂离子电池的循环和安全性能起到重要作用。制备新型复合隔膜成为广大研究人员的研发重点。本文从制备聚吡咯/有机蒙脱土(PPy/OMMT)复合材料出发,首先探究PPy/OMMT复合材料对隔膜形貌、电极界面和电池循环性能的影响,然后以PPy/OMMT-PVDF/PMMA复合隔膜的制备过程为设计思路,最终成功地制备新型PPy/OMMT-PVDF/PMMA固态电解质复合隔膜,并得到以下结果:(1)以蒙脱土(MMT)为原料,通过有机阳离子交换反应和吡咯(Py)单体的逐步聚合反应对MMT进行有机改性,制备具有高层间距(2.75 nm)、高比表面(28.32 m2/g)的新型复合材料PPy/OMMT。(2)以PE隔膜为基体材料,利用刮涂法将PPy/OMMT包覆在PE隔膜表面,制备PPy/OMMT-PE复合隔膜。这种复合隔膜具有高比表面积和孔隙率的海绵状多孔结构。这种结构有助于提高PE隔膜的热稳定性能、机械性能(3.39 MPa)、吸液率(349%)、离子电导率(4.3×10-3S/cm)。将PPy/OMMT-PE复合隔膜装配成锂离子纽扣电池,在高温条件下,表现出良好的电化学循环性能和容量保持率。(3)以PVDF/PMMA共聚物为基体,通过掺杂PPy/OMMT的方法,制备PPy/OMMT-PVDF/PMMA复合隔膜。由于PPy/OMMT的“集聚”作用,使复合隔膜的表面和内部形成多孔结构,这种结构有助于提高复合隔膜的吸液率。PPy/OMMT的掺杂作用同样可以提高复合隔膜的物理性能和电化学性能。同时,PPy/OMMT对HF具有消除作用,从而提高正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的容量。(4)采用掺杂法,制备PPy/OMMT-PVDF/PMMA固态电解质复合隔膜。通过PPy/OMMT-PVDF/PMMA固态电解质复合隔膜和PVDF/PMMA固态电解质复合隔膜的物理性能和电化学性能的对比,PPy/OMMT的掺杂作用可以减少PVDF/PMMA固态电解质复合隔膜的孔径,增加孔数,形成更多锂离子导电通路,提高锂离子离子迁移数能力。PPy/OMMT还可以降低LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2与PVDF/PMMA固态电解质复合隔膜之间的界面电阻,提高锂离子电池的容量和循环性能。
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