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锂离子电池是如今使用最为广泛的便携式储能设备,具有质量轻、能量密度高、循环寿命长和使用电压范围广等优点。隔膜具有隔绝正负极以及为锂离子提供迁移通道的作用,对电池性能的优劣有着较大的影响。作为其中一种类型的隔膜,凝胶聚合物电解质隔膜(GPEs)可有如下特点:对电解液有较强的亲和性,可以储存电解液,同时具有较好的安全性与电化学性能。它是锂离子电池隔膜的一个热点研究方向。本文采用天然高聚物衍生物醋酸纤维素为基体材料,与改性后的纳米二氧化硅及聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)等配成混合物,通过热引发聚合制备交联结构的复合膜;研究了无机交联剂纳米二氧化硅粒径对膜性能的影响;针对所制备的复合膜在吸收电解液形成凝胶聚合物电解质膜后强度过低的问题,采用纤维素无纺布作为增强支撑层,制备了具有三层结构的增强型交联复合膜。具体研究内容可分为以下三个部分:(1)分别对醋酸纤维素与纳米二氧化硅改性,制备带双键的醋酸纤维素M-CA(侧基带有碳碳双键)以及含双键官能团的纳米二氧化硅M-SiO2(SiO2表面接有乙烯基)。以M-CA为基体材料,M-SiO2为交联剂,PEGDMA为功能调节单体,通过热引发自由基聚合,形成交联结构聚合物,并除去溶剂,制备了基于醋酸纤维素的交联复合膜。探讨交联复合膜中各组分对膜性能的影响,表征膜的物理性能与电化学性能以及组装的电池性能。研究结果表明:同时加入M-SiO2和PEGDMA可以形成较稳定结构膜,即交联膜;醋酸纤维素和M-SiO2可赋予膜优异的热尺寸稳定性,在200℃的高温下加热0.5 h几乎不发生热收缩;当M-SiO2添加量为15wt%时,制备的交联膜(C-CAS15)具有较好的综合性能,其吸液率可达248%,离子电导率为1.54 mS cm-1,拉伸强度为14.30 MPa,并且具备一定的韧性;将C-CAS15作为隔膜组装的电池相比商业PE膜组装的电池具有更好的循环充放电性能与倍率放电性能。(2)采用上述醋酸纤维素和其他组分的配比,选用不同粒径的纳米二氧化硅交联剂,研究不同粒径SiO2对所制备膜的性能影响,研究结果表明:SiO2交联剂的粒径对隔膜的吸液率与离子电导率影响较大,但对膜的热与电化学稳定性基本没有影响;其中在SiO2添加量15 wt%的情况下,粒径50 nm的纳米二氧化硅交联剂制备的交联膜(CAS50)具有更好的性能,即膜的吸液率可达345%,离子电导率可达到2.38 mS cm-1,显示与电极的界面阻抗最小,另外膜的拉伸强度为18.71 MPa,由其组装的电池也表现出较好的循环充放电与倍率放电性能。(3)针对所制备的醋酸纤维素交联膜吸收电解液形成凝胶聚合物电解质后的机械强度会大大降低的问题,运用与醋酸纤维素相容性好的纤维素无纺布作为支撑增强层,制备具有三层结构的膜(CCAS),达到增强醋酸纤维素基交联膜的目的;与此同时,进行PP无纺布增强膜(PCAS)相关试验。结果表明:纤维素无纺布不仅可有效提高凝胶聚合物电解质强度,而且因其本身的多孔性与亲电解液性也提升了电解液的吸收储存,提高了膜的离子电导率;反之,PP无纺布虽然一定程度上提高了膜强度,但PP较差的耐热性和对电解液较差的亲和性使得膜的其他性能有所下降。