熔噴非織造布鋰離子電池隔膜的制備及性能表征.pdf

1、鋰離子電池在日常生活中已經(jīng)普及，但由于傳統(tǒng)鋰離子電池隔膜存在孔隙率和保液性低、熱穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，無(wú)法完全滿足鋰離子電池快速充放電的要求。如何設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的鋰離子電池隔膜成為該領(lǐng)域的重要課題。
　　本文在此問(wèn)題研究的基礎(chǔ)上，將孔隙率高、微孔結(jié)構(gòu)曲折、保液性高及尺寸收縮小的聚丙烯熔噴非織造布應(yīng)用在鋰離子電池隔膜上。
　　首先以聚丙烯熔噴非織造布為研究對(duì)象，通過(guò)物理性能及電化學(xué)性能測(cè)試，探究聚丙烯熔噴非織造布的粘合方式、疊層及

2、與納米級(jí)二氧化硅顆粒復(fù)合等對(duì)其應(yīng)用在鋰離子電池隔膜上的影響。
　　其次對(duì)不同加工工藝制備的鋰離子電池隔膜的物理性能及電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比及綜合性分析，通過(guò)對(duì)各類別隔膜的微觀結(jié)構(gòu)研究以及性能比較以實(shí)現(xiàn)制備過(guò)程中工藝的優(yōu)化，為后繼聚丙烯熔噴非織造布鋰離子電池隔膜的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　主要結(jié)論如下:
　　(1)經(jīng)加熱熱軋的試樣相對(duì)于經(jīng)常溫?zé)彳埖脑嚇雍徒?jīng)點(diǎn)粘合的試樣，具有更高的孔隙率、吸

3、液率及離子電導(dǎo)率。
　　(2)由經(jīng)常溫?zé)彳埖脑嚇?、加熱熱軋的試樣和?jīng)點(diǎn)粘合的試樣分別所組裝的1號(hào)電池、2號(hào)電池和3號(hào)電池在0.2C條件下的放電比容量分別為110mAh/g、130mAh/g和115mAh/g左右;當(dāng)電流增大至2.0C時(shí)，由各試樣所組裝的電池放電比容量為0mAh/g。雖然3種聚丙烯熔噴非織造布所能承受的電流大小都只有1C，但是相對(duì)而言，由加熱熱軋的試樣所組裝的電池具有更好的電學(xué)性能。
　　(3)隨著聚丙烯熔噴非

4、織造布疊加層數(shù)的增加，其厚度，孔隙率，吸液率，內(nèi)阻增加，孔徑減小且孔徑分布更加的均勻。
　　(4)隨著聚丙烯熔噴非織造布疊加層數(shù)的增加，其首次充/放電比容量及循環(huán)容量都不同程度地降低。當(dāng)疊加層數(shù)為5層時(shí)，其放電比容量降為82mAh/g。隨著聚丙烯熔噴非織造布疊加層數(shù)的增加，各鋰離子電池的倍率性能不同程度地提高。當(dāng)電流增大至5C時(shí)，由1層、2層、3層、4層及5層分別所組裝的鋰離子電池的放電比容量分別為:0.23mAh/g、1.60m

5、Ah/g、60mAh/g、63mAh/g及43mAh/g。說(shuō)明隨著聚丙烯熔噴非織造布疊加層數(shù)的增加，雖然循環(huán)容量降低了，但倍率性能提高。
　　(5)通過(guò)在聚丙烯熔噴非織造布的單側(cè)涂覆SiO2涂層液，有效地改善了聚丙烯熔噴非織造布的孔徑大小、孔徑分布及熱穩(wěn)定性能。當(dāng)SiO2涂層液濃度達(dá)到15％后，在150℃的條件下烘0.5h，復(fù)合鋰離子電池隔膜沒(méi)有發(fā)生變化。
　　(6)通過(guò)在聚丙烯熔噴非織造布的單側(cè)涂覆SiO2涂層液，將聚丙烯

6、熔噴非織造布的阻抗由3.71Ω降低到了2.96Ω;經(jīng)電學(xué)性能測(cè)試，由聚丙烯熔噴非織造布或復(fù)合鋰離子電池隔膜分別所組裝的鋰離子電池的首次放電比容量分別為105mAh/g、120mAh/g、123mAh/g、135mAh/g和99mAh/g;在倍率性能測(cè)試中，未經(jīng)涂層的聚丙烯熔噴非織造布，其放電比容量在電流增長(zhǎng)至2C時(shí)降為0mAh/g，而含有經(jīng)5％涂層試樣、10％涂層試樣、15％涂層試樣或20％涂層試樣的鋰離子電池的放電比容量在電流增長(zhǎng)至5

7、C時(shí)仍分別維持在68mAh/g、83mAh/g、89mAh/g和36mAh/g。表明經(jīng)納米級(jí)SiO2涂層液涂層的復(fù)合鋰離子電池隔膜所組裝的鋰離子電池具有較好的倍率性能。
　　(7)經(jīng)過(guò)對(duì)不同加工工藝制備的鋰離子電池隔膜的物理性能及電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試與分析，表明:向聚丙烯熔噴非織造布中填充納米級(jí)SiO2顆粒，不但可以改善聚丙烯熔噴非織造布的孔徑大小、孔徑分布及熱穩(wěn)定性能，還可以提高其所組裝的鋰離子電池的電學(xué)性能。但針對(duì)其面密度、厚度