【摘 要】
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锂离子电池隔膜是隔离正负极、储存电解液并提供载流子传输通道的重要电池元件之一。现有的聚烯烃隔膜孔隙率较低、电解液浸润性不佳,耐热性也受聚烯烃材料的限制,逐渐不能满足高性能锂离子电池的性能要求。因此,需要研制出综合性能优良的隔膜,推动新能源行业的发展。本实验采用静电纺丝法制备多孔纤维隔膜,以联苯型聚酰亚胺(PI)为基体,为隔膜提供良好的耐热性,选用氨丙基笼型倍半硅氧烷(OAPS)和锂基蒙脱土(Li-
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锂离子电池隔膜是隔离正负极、储存电解液并提供载流子传输通道的重要电池元件之一。现有的聚烯烃隔膜孔隙率较低、电解液浸润性不佳,耐热性也受聚烯烃材料的限制,逐渐不能满足高性能锂离子电池的性能要求。因此,需要研制出综合性能优良的隔膜,推动新能源行业的发展。本实验采用静电纺丝法制备多孔纤维隔膜,以联苯型聚酰亚胺(PI)为基体,为隔膜提供良好的耐热性,选用氨丙基笼型倍半硅氧烷(OAPS)和锂基蒙脱土(Li-OMMT)以锂离子动态平衡传输和富锂化的方法来提升PI纤维隔膜的电化学性能,并对制备的纤维隔膜进行纤维形貌、力学、热学等性能测试与分析。首先选用OAPS对PI进行改性,探究OAPS含量对PI/OAPS纤维隔膜性能的影响。当OAPS含量为1.2 wt%时,纤维隔膜的性能较好。为了进一步提升1.2 wt%PI/OAPS纤维隔膜的电化学性能,选用Li-OMMT对其进行预锂化改性,制备了不同Li-OMMT含量的PI/OAPS/Li-OMMT纤维隔膜。测试结果表明:当Li-OMMT含量为3 wt%时,纤维膜综合性能最佳,此时的纤维膜形貌良好,孔隙率为65%,拉伸强度为6.72 MPa,隔膜在300℃不发生尺寸收缩,初始分解温度达536℃。分别使用Celgard 2400隔膜、PI纤维隔膜、1.2 wt%PI/OAPS纤维隔膜和3 wt%PI/OAPS/Li-OMMT纤维隔膜组装CR 2032型纽扣电池,进行电化学性能与电池性能测试。测试结果表明,使用3 wt%PI/OAPS/Li-OMMT纤维隔膜的电池性能最佳,电极与隔膜之间的界面阻抗降低至267Ω,离子电导率提升至2.54×10-3 S/cm,电化学稳定窗口达5.39 V;在首次充放电测试中的库伦效率达到94.66%,在1 C倍率下的初始放电比容量为130.41 m Ah/g,经100次循环后的容量保持率为96.04%,同时表现出良好的倍率性能。综合来看,3 wt%PI/OAPS/Li-OMMT纤维隔膜性能优于纯PI纤维隔膜和Celgard 2400隔膜。
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