论文部分内容阅读
多孔膜广泛应用于纳米材料、生物医疗、新能源材料等领域。本文简述了当前常用的聚合物多孔膜的制备方法(热致相分离法、浸没沉淀相转换法、溶剂蒸发法等)。为了将超声雾化喷涂技术应用于多孔膜制备领域,文中分析了离散液滴形成多孔结构的相分离机理和超声雾化在增强相转换方面的作用。选取合适的三元高分子溶液体系,即聚合物/溶剂/非溶剂(醋酸纤维素(CA) /丙酮/水),通过调节聚合物和非溶剂的比例,成功制备出CA多孔膜。当非溶剂与聚合物的比例达到4:1及以上时,CA膜为多孔形态。扫描电镜的结果显示,在一定范围内调节喷头高度可以调节最终成膜的孔径,膜孔径与喷头高度成反比。而且,超声喷涂法制备的CA膜表面与截面孔径均匀,孔径在亚微米级,克服了流延法和浸没沉淀相转换法制备的膜的缺点—截面易形成贯穿的大孔结构。对膜的热稳定性、吸液率和孔隙率等进行测试,均显示出优异的效果。使用阻塞型电池测得CA膜凝胶电解质离子电导率约为3.78×10-4S/cm,大于相同情况下的PP隔膜凝胶电解质的离子电导率(2.2×10-4S/cm)。在多孔膜的制备过程中,液滴粒径大小与孔径直接关联。接着以CA/丙酮/水三元体系为基础,建立了工艺参数、溶液物性参数与雾化液滴尺寸之间的定性关系。液滴尺寸随着超声功率、进液流速、溶液表面张力、密度的增大而增大,而随着频率、溶液粘度的增大而减小。随着功率的增大,液滴尺寸分布变宽,而且液滴尺寸的峰值变大,过高的雾化功率会使液滴分布范围变广,液滴尺寸更不均匀。而粘度和表面张力作为两种不同的溶液物性参数,对液滴尺寸有着得到互相独立的影响。最终得到液滴尺 寸预测公式 d = 1.149f-2/3Q0.535σ-1.456ρ5.598η0.462P1.715。为了将超声喷涂技术推广到锂离子电池隔膜领域,最后选取了锂电常用隔膜材料PVDF-HFP,以PVDF-HFP/丙酮+四氢呋喃/正丁醇体系为基础,制备出PVDF-HFP多孔隔膜。其孔隙率在50%以上,阻抗较小,离子电导率在10-3S/cm级别,电池循环性能良好。因此,超声喷涂法适合推广到锂离子电池隔膜制备领域。