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锂离子电池由于其充放电效率高、能量密度高、循环寿命长、充电速度快和低污染等优点,广泛用于许多便携式电子设备的供电,包括笔记本电脑、数码相机、手机等。锂离子电池隔膜是锂离子电池安全的一个关键要素,具有分隔电池正极和负极,同时允许锂离子自由通过的重要功能。电池隔膜性能直接影响电池放电速率、循环时间和安全特性。传统的聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯)类隔膜具有良好的电化学稳定性、适宜的厚度和机械强度,广泛用作锂离子电池隔膜。但是,随着高性能锂电池的普及,聚烯烃类隔膜暴露出热稳定性差等缺点。而热稳定性好、可再生的纸基锂离子电池隔膜不断受到研究者的青睐。本论文以漂白硫酸盐针叶木浆(NBSK)和芳砜纶(PSA)为主要原料制备纸基锂离子电池隔膜。首先讨论了 NBSK纤维打浆度和NBSK与PSA纤维配比对电池隔膜基本性能的影响。实验发现,NBSK纤维的打浆作用促进了纸基隔膜强度的提升,同时纸基隔膜的孔径变小,透气度降低。同时NBSK纤维所赋予纸基隔膜优越的电解液吸液性能优于商业隔膜。PSA纤维的加入更加促进了纸基隔膜均匀孔隙结构的形成,进一步减小了纸基隔膜孔径,降低透气度,同时大幅增加了电解液吸液率。经综合对比分析,确定NBSK的打浆度为80 °SR,NBSK和PSA纤维的质量配比为3:1。使用NBSK、PSA和纳米纤丝纤维素(NFC)三种纤维混合,通过造纸法成功地制备了 NBSK/PSA/NFC复合隔膜。与商业隔膜Celgard 2350相比,NBSK/PSA/NFC复合隔膜表现出更高的电解液吸液率(294%)和更高的电解液吸液高度。更重要的是,复合隔膜中NFC的添加减小了孔径并显着缩小了孔径分布,这对于锂离子电池应用是非常理想的。另外,NBSK/PSA/NFC复合隔膜具有优异的耐热性能,在180°C热处理60 min后未观察到尺寸变化。在锂离子电池的应用试验中,复合隔膜组装的电池中出色的离子电导率和循环性能也证明了隔膜的优越性能和潜在应用价值。由预处理形成的S-PSA@NFC纤维复合体和打浆处理的NBSK纤维复合成功制备了 NBSK/S-PSA@NFC复合隔膜,并得到了优越的试验和应用效果。该复合隔膜通过交联在S-PSA纤维上的NFC搭起NBSK与S-PSA相互结合的“桥梁”,形成了具有稳定的三维多孔结构和机械强度的复合隔膜。由于特殊的立体多孔结构,复合隔膜的透气度、孔隙率、孔径分布等性能优越,同时也表现出优异的电化学性能。与商业隔膜相比,NBSK/S-PSA@NFC复合隔膜具有更高的离子电导率(2.15 mS·cm-1)和循环性能。优异的孔隙结构和电化学性能使得NBSK/S-PSA@NFC复合隔膜成为一种在更大电容量的锂离子电池中具有应用潜力的隔膜。