PEI基耐热阻燃双功能隔膜的制备及性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:johnason1111
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锂离子电池因其高比能,高储能、循环寿命长、充放电快等优点受到广大科研工作者的青睐,但随着规模化的使用,人们发现锂离子电池存在易燃的问题,经过研究发现制备耐热及阻燃双功能电池隔膜是解决此类问题的有效途径之一。本文采用具有高玻璃化转变温度的聚醚酰亚胺(PEI)为基体材料,通过静电纺丝技术,制备以PEI为基的耐热阻燃双功能纤维隔膜。首先,将聚醚酰亚胺(PEI)与阻燃剂聚磷酸铵(APP)共混制备了PEI/APP共混隔膜,通过共混制得的PEI/APP共混隔膜孔隙率较Celgard 2325有了很大的提高,当APP含量为4 wt%时,隔膜的孔隙率达到75.4%,吸液率达到650.5%,并且力学性能也有了一定程度的提高,拉伸强度最大达到3.95 MPa;此外隔膜具有出色的阻燃性能,且阻燃性与APP的含量成正相关,当APP含量达到最大5 wt%时,隔膜的阻燃性也达到最佳,对其在明火下进行阻燃性能测试,发现点燃4 s不燃,仅有轻微的收缩现象,且隔膜在200℃下热处理30 min收缩率不足10%。最后,用PEI/APP隔膜组装电池,经过电化学测试发现,在高倍率下该电池仍有较好的放电容量和循环稳定性。接着通过二氧化硅(SiO2)包覆在聚磷酸铵(APP)表面形成包覆结构,以此获得一种具有简单包覆结构的填料(APP@SiO2)以提高阻燃性,并制备出PEI/APP@SiO2复合隔膜。不同于简单的物理共混,在适当的配比下,通过静电纺丝技术可以制得均一的具有包覆纤维丝结构的复合隔膜,另一方面阻燃剂与PEI基结合紧密,使得PEI/APP@SiO2复合隔膜的力学性能进一步得到增强。且因二氧化硅与聚磷酸铵的协同阻燃作用,使得复合隔膜具有更出色的阻燃性能,在外焰引燃4 s下不燃,且隔膜的收缩程度更小,在200℃下热处理30 min,隔膜收缩率为0%。同时由于SiO2表面羟基的存在,使得复合隔膜具有出色的电解液亲和性。并且以PEI/APP@SiO2组装电池进行一系列测试后发现在高倍率下仍可有很好的放电容量和循环稳定性,显示出其在锂离子电池隔膜中的潜在应用。实验结果表明,本实验为制备高性能、耐热、阻燃的复合纤维隔膜提供了一种新的制备方法;能起到一定的科学理论指导作用。
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