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聚苯硫醚无纺布基耐高温复合电池隔膜的制备与性能

发布时间:2019/8/14 16:41:27阅读人次:3161

动力锂离子电池的开发必须面临两大挑战:安全隐患问题与电池性能受限的问题。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,虽然不参与任何电池反应,但却对电池的安全性能和放电性能有重要的影响。当电池温度升高时,如果隔膜具有高的尺寸稳定性,就可以避免正负极材料接触及短路现象的发生。

电池工作时,如果隔膜具有较高的离子电导率就可以减弱欧姆极化现象,提高电池性能。聚烯烃多孔隔膜在商业化锂离子电池中占有绝对的主导地位。但是,聚烯烃隔膜较低的孔隙率、对电解液较差的浸润性以及较低的熔点,难以满足动力电池高功率与高安全性的需求。近年来,采用无纺布制备电池隔膜的方法备受青睐。无纺布具有较高的孔隙率,且选材范围比较广泛,可摆脱聚烯烃多孔膜选材单一的缺陷。于是,采用耐高温聚合物的非织造布构建高性能隔膜成为重要的发展方向。

工程塑料聚苯硫醚(PPS)具有很好的高温热稳定性、耐化学腐蚀性、阻燃与绝缘性等优点。因此,用其制备的非织造布构建隔膜将为电池提供较高的安全性。基于此思路,本研究工作采用熔喷聚苯硫醚无纺布为基底膜,聚偏氟乙烯(PVDF) SiO 2 纳米粒子为表面涂覆材料制备耐高温复合电池隔膜(记作:PVDF@ SiO 2 /PPS)。其中,涂覆材料不仅能够克服无纺布孔径较大且分布不均的缺点,还有助于提高薄膜的吸液性能。此外,本工作系统考察了隔膜的基本物理性能、电化学性能与电池性能,并详细分析了结构与性能之间的关系。

结论表明:采用PPS无纺布为支撑材料,PVDF和纳米SiO2为涂覆材料制备了复合电池隔膜PVDF@ SiO2/PPS,并对其基本物理性能、电化学性能以及电池性能进行了表征。研究发现,与商业隔膜 PP/PE/PP 相比,PPS 无纺布基复合隔膜具有较高的孔隙率与透气性,以及良好的电解液浸润性与吸液能力。复合隔膜这些优异的特性使组装后的电池显示出较高的离子电导率与放电性能。另外,研究还发现复合隔膜在高温 250℃热处理后仍能保持其尺寸稳定性,这与PPS自身的耐高温性有重要关系。因此,采用PPS无纺布构建电池隔膜为高功率高安全动力锂离子电池的开发提供了可能。