论文部分内容阅读
随着便携式设备、智能家具、动力汽车等领域的发展,对锂离子电池的综合性能提出了更为严格的要求。传统的聚烯烃隔膜因其存在孔隙率低、热稳定性差等弊端,使锂电池在使用过程中的安全性及充放电性能受到影响,锂电池隔膜成为制约锂电池技术发展的关键因素之一。本文以离子液体为溶剂,以纤维素、尼龙6为主要制膜材料,通过共混、浸渍和交联的改性方法,并对性能和结构进行调控,制备孔隙率高、孔径分布均一、机械强度大、与电解液的亲和性强、热安全性能高、环境友好型的高质量锂电池隔膜。主要研究内容如下:首先,以离子液体（[Emim]Ac）为溶剂,对PAN进行溶解,确定PAN在离子液体中的最佳溶解温度和时间,然后以聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30）为致孔剂,在本课题组前期制备纤维素/尼龙6锂电池隔膜的基础上利用PAN对其进行共混改性,制备出PAN/纤维素/尼龙6锂电池隔膜,探讨调控PAN的含量对隔膜机械性能、吸液率、保液率、孔隙率及热稳定性能的影响,并进行了SEM、N2吸附等温线、TG、接触角测试和电化学性能的表征。相关结果表明,PAN在离子液体中的最佳溶解温度和时间分别为140℃和2h;当铸膜液中PAN含量为3wt%、纤维素含量为4wt%、尼龙6含量为3wt%、PVP K30含量为4wt%时,隔膜的综合性能最佳,此时,隔膜的拉伸强度达71.24MPa,断裂伸长率为33.7%,吸液率、保液率和孔隙率分别达到225.3%、66.7%和55.7%,最大热收缩力和热收缩率分别为1.27N和2.0%,电化学稳定窗口达到4.5V,离子电导率提高至0.55*10-3 S/cm。以上研究结果说明,经PAN改性及调控后隔膜的机械性能、热稳定性、孔径分布和电化学性能等得到了改善,符合锂电池行业对隔膜的要求。第二,以离子液体（[Emim]Ac）为溶剂,以PVP K30为致孔剂,制备出纤维素/尼龙6隔膜,然后利用水溶性聚酰亚胺（PI）对其进行浸渍改性,探讨调控浸渍液中PI固含量对隔膜机械性能、吸液率、保液率、孔隙率及热稳定性能的影响,并进行了SEM、N2吸附等温线、TG、接触角测试和电化学性能的表征。最终结果表明,当浸渍液中PI固含量为40%时,改性隔膜的综合性能最佳,此时,隔膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到69MPa和35.3%,吸液率、保液率和孔隙率分别可达238.7%、69.4%、54.2%,最大热收缩力和热收缩率分别为1.38N和1.5%,电化学稳定窗口提升到4.7V,离子电导率提高至0.61*10-3 S/cm。各项表征结果说明,经PI浸渍改性及调控后的隔膜在机械性能、孔径分布、与电解液亲和性及热稳定性等方面的表现优异,其综合性能得到了提升。第三,以离子液体（[Emim]Ac）为溶剂,以PVP K30为致孔剂,制备纤维素/尼龙6隔膜,然后以戊二醛为交联剂对纤维素/尼龙6锂电池隔膜进行交联改性,探讨调控交联剂的浓度对改性隔膜机械性能、吸液率、保液率、孔隙率及热稳定性能的影响,并进行了SEM、FT-IR、XRD、N2吸附等温线、TG、接触角测试和电化学性能的表征。最终结果表明,当交联时间为60min、温度为75℃、戊二醛浓度为6%时,隔膜的综合性能最佳,此时,隔膜的拉伸强度达75.42MPa,断裂伸长率为28.96%,吸液率、保液率和孔隙率分别达235.5%、68.9%和53.6%,最大热收缩力和热收缩率分别为1.42N和1.8%,电化学稳定窗口达到4.9V,离子电导率提高至0.65*10-3 S/cm。此结果说明了经交联改性及调控后的隔膜综合性能得到了提高。通过对上述三种改性及调控方法下所制备出隔膜的综合性能及制备过程复杂程度的研究,利用PI浸渍改性调控后所制备出的隔膜最为理想,且制备方法更易实现。