【摘 要】
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作为锂离子电池的核心组件之一,电池隔膜的性能关系着新能源行业的发展。然而目前市场上商品化程度最高、使用最广泛的聚烯烃类微孔膜具有耐高温性能差,电解液亲和力低的缺点,易造成安全事故,且不利于国内电池隔膜市场的创新发展。如今国内外电池隔膜的研究热点依然是对现有的聚烯烃类微孔膜的改性,国内各大隔膜生产企业的制备工艺单一、且高端隔膜依赖进口。因此探究具有热稳定性和电解质亲和性的新材料体系是未来的主要需求,
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作为锂离子电池的核心组件之一,电池隔膜的性能关系着新能源行业的发展。然而目前市场上商品化程度最高、使用最广泛的聚烯烃类微孔膜具有耐高温性能差,电解液亲和力低的缺点,易造成安全事故,且不利于国内电池隔膜市场的创新发展。如今国内外电池隔膜的研究热点依然是对现有的聚烯烃类微孔膜的改性,国内各大隔膜生产企业的制备工艺单一、且高端隔膜依赖进口。因此探究具有热稳定性和电解质亲和性的新材料体系是未来的主要需求,但隔膜的发展不仅体现在新材料的探索,同样体现在能够实现产业化的工艺的开发。只有具备了新材料和量产的工艺技术,国内隔膜产业才能够自给自足,逐渐摆脱进口,开发出高性能电池隔膜。因此寻找新的制备工艺及原材料,是研发出综合性能优异的电池隔膜不可忽视的重点。本文利用湿法非织造工艺制备电池隔膜,是因其具备工艺简单、对环境友好、工艺可操作性强、成膜均匀等优点,且更有实现产业化的可能。通过优化湿法非织造工艺的参数,制备出能够弥补商品膜不耐高温和亲液性能差的电池隔膜。以超细PET纤维和纳米纤维素纤维为原料,经过湿法非织造工艺及热轧处理,制得PET/纳米纤维素纤维共混电池隔膜。通过对纤维原料配比、热轧压力、纳米纤维素纤维种类等工艺参数的探讨与性能评价,发现当超细PET纤维含量为70%,纳米纤维素纤维CNF为30%,热轧温度范围在140-150℃,热轧压力为45 N时,得到的PET/CNF共混隔膜的热尺寸稳定性能较高,经180℃的高温保温2 h几乎没有收缩;机械强度优异,最高值达到了26.22 MPa,可以满足电池隔膜的使用要求;电化学性能如循环性能及电池充放电容量与商品膜接近,其中在2.0 V-3.65 V的电压范围内,恒定电流为0.1 C和0.2 C时,PET/CNF-4共混隔膜的首次充放电效率均高于98%,循环50次后,该共混隔膜的放电容量下降幅度极小,几乎保持在120 mAh/g;亲液性优于经过改性的聚烯烃类微孔膜;共混隔膜厚度较小,最薄能达到13μm,小于市场上的电池隔膜将近15μm左右;且隔膜克重只有约10 g/m~2左右,质地更加轻薄。
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