【摘 要】
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锂离子电池因具有能量密度大、循环寿命长等特点,成为了一种主流的储能器件,被广泛应用到数码产品、交通工具等设备。隔膜是锂离子电池的核心部件,保障着电池安全,关系着电化学性能,当今市面上主流的产品是以聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）为原料所制备的隔膜,此类聚烯烃隔膜虽然制备技术成熟,机械性能与化学稳定性高,但一方面与电解液相容性差,无法充分吸收电解液,影响电化学性能,另一方面熔点低,高温受热会发生变形导
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锂离子电池因具有能量密度大、循环寿命长等特点,成为了一种主流的储能器件,被广泛应用到数码产品、交通工具等设备。隔膜是锂离子电池的核心部件,保障着电池安全,关系着电化学性能,当今市面上主流的产品是以聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）为原料所制备的隔膜,此类聚烯烃隔膜虽然制备技术成熟,机械性能与化学稳定性高,但一方面与电解液相容性差,无法充分吸收电解液,影响电化学性能,另一方面熔点低,高温受热会发生变形导致尺寸收缩,引发电池发生短路等安全事故。基于上述问题,本文以PE隔膜为基底,通过两种不同的相转化工艺,将具有高耐热性且与电解液亲和的高分子材料聚间苯二甲酰间苯二胺（poly-m-phenyleneisophthalamide,PMIA）涂覆在PE隔膜的表面,提高隔膜的热稳定性与电解液润湿性。具体工作如下:1、使用浸没沉淀相转化法,将PMIA涂覆于PE隔膜。调节相转化的凝固浴组成（DMAc/H2O）增大涂覆层的孔径,并加入PVDF消除涂层堵孔对锂离子传输的影响,通过SEM与EDX进行微观形貌与元素分析,后对隔膜的热稳定性、电解液浸润性与机械性能等进行表征。研究结果表明:涂层形成了多孔结构但对基底存在堵孔影响,而复合PVDF后堵孔得到有效抑制,EIS与透气性测试进一步证实了PVDF对涂层的改善,离子电导率从0.012 m S cm-1增加至0.513 m S cm-1,透气性数值减少79.7%。隔膜经过修饰后电解液接触角从48.3°减少至0°,并能在140℃保持热稳定,机械强度与拉伸率分别得到提升。在隔膜耐热性、浸润性与机械性能得到改善后,电池仍能保持良好的循环性能与倍率性能。2、为了进一步提高涂覆层的修饰作用及对电池性能的综合影响,我们采用气相诱导相转化法实现PMIA在PE隔膜的涂覆,该方法可以增强涂层与基膜的结合,强化涂层的作用。通过研究湿度、温度、聚合物浓度等因素,制备具有更高热稳定性与良好锂离子传输性能的修饰膜,研究结果显示:修饰隔膜具有优越的电解液浸润性（接触角为0°）,并且耐热性提升至150℃,机械强度从144 MPa提升至165 MPa,应变拉伸率从44%增强至65%。多孔曲折结构与良好的电解液亲和性使得隔膜能抑制锂枝晶生长,使用该隔膜的锂对称电池运行250 h不发生短路;组装Li Fe PO4/Li电池在1 C循环200次后容量保持率98.2%,倍率性能表现出色。该种工艺提供了一种用PMIA修饰商用聚烯烃隔膜从而实现性能改善的思路,所制备的隔膜综合性能优异,具有重要的应用意义。
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