EVOH-Li/TPU锂离子电池隔膜的制备与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sjtshuaige
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随着环保观念逐渐深入人心,新能源锂离子电池作为清洁绿色能源备受研究人员重视,同时作为手机、笔记本、新能源汽车等设备的动力来源,安全、续航能力、倍率充放电能力都受到人们关注。隔膜作为锂离子电池的关键部件,它的各种性能也同样需要提高,需要具备安全性能好、电化学性能优异等特点。本文主要以聚乙烯乙烯醇锂(EVOH-Li)和热塑性聚氨酯(TPU)为原料,运用混纺和共纺两种高压静电纺丝方法,制备锂离子电池复合隔膜,随后表征其化学结构、微观形貌,测试其热稳定性、孔隙率、吸液率、力学性能及电化学性能等。主要工作如下:首先,制备离子型聚合物EVOH-Li,随后将EVOH-Li和TPU以混纺的方法制备成锂离子电池隔膜,即将两2种聚合物以一定比例混合制备成纺丝液,然后纺制成隔膜。随后对其进行测试,得出EVOH-Li和TPU质量比为3﹕1,浓度为30%时,无纺布三维网状结构形貌最好,且综合性能最佳,其中,120℃热处理2 h后宏观尺寸无明显变化,断裂应力为5.46 MPa,断裂伸长率为61.19%,孔隙率为81%,吸液率为306%,离子电导率为5.42×10-4S/cm,界面阻抗约为430Ω,电化学稳定窗口为4.8 V。其次,分别纺制EVOH-Li、TPU单纺膜,确定单纺膜的纺丝最佳配比。随后将两种纺丝液以共纺的方法制备成锂离子电池隔膜,即将两种聚合物分别溶于溶剂中,通过两个出丝口同时纺制在一个收集滚筒上制成无纺布。随后对其进行性能测试,当EVOH-Li浓度为30%,TPU浓度为25%时,无纺布呈均匀的三维网状结构。通过对比研究EVOH-Li单纺膜、TPU单纺膜及EVOH-Li/TPU混纺膜和EVOH-Li/TPU共纺膜,得出共纺膜性能最佳,其中,120℃热处理2 h后,宏观尺寸和微观形貌均无明显变化;最大应力值为6.09 MPa,断裂伸长率为79.26%,较高的断裂伸长率能够阻止锂枝晶刺穿隔膜,增加锂离子电池的安全性能;孔隙率为84%,吸液率为321%,较高的孔隙率和吸液率为锂离子电池优异的电化学性能提供良好基础;离子电导率为6.65×10-4S/cm,界面阻抗约为219Ω,电化学窗口为5.0 V。综合比较,混纺和共纺两种方法制备隔膜比单纺EVOH-Li或TPU隔膜性能均有明显提高,其中共纺方法制备的EVOH-Li/TPU锂离子电池复合隔膜性能最优于混纺方法制备的复合隔膜。
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