靜電紡絲法制備聚酰亞胺-二氧化鈦復(fù)合納米纖維膜.pdf

1、近年來，隨著鋰離子電池行業(yè)的快速發(fā)展，鋰離子電池材料受到了越來越多的關(guān)注。鋰離子電池隔膜在電池中扮演一個非常重要的角色，可隔離電池的正極和負(fù)極，防止短路，同時允許鋰離子在正負(fù)極間快速傳輸。目前，常用的商業(yè)電池隔膜主要是聚烯烴微孔膜，即聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等，因其具有電化學(xué)穩(wěn)定性好，強度高，成本低等優(yōu)點，在市場上占有較大份額。然而，隨著未來能源存儲設(shè)備和電動或混合動力汽車的發(fā)展，聚烯烴隔膜的一些缺點逐漸顯現(xiàn)。在高溫、過度充電或是

2、受到猛烈碰撞等情況下，由于其較差的熱穩(wěn)定性，隔離電子及正負(fù)極的作用受到限制。因此開發(fā)具有高熱穩(wěn)定性、優(yōu)越電解液潤濕性的電池隔膜成為一個重要的研究方向。目前有兩種改進方法，一種是對聚烯烴微孔膜的改進，通常將無機納米粒子與聚烯烴微孔膜復(fù)合或制備聚合物無紡布，這種方法雖然可以提高其熱穩(wěn)定性，但會導(dǎo)致隔膜強度的降低;另一種是選取其它材質(zhì)的電池隔膜及新型制備方法，這種方法比較新穎，是目前研究的熱點。
　　靜電紡絲法作為制備納米纖維的主要方法

3、，已得到廣泛的應(yīng)用。通過靜電紡絲法制備的聚酰亞胺納米纖維膜，因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，耐高低溫及電性能等，逐漸受到越來越多的關(guān)注，將其應(yīng)用于鋰離子電池隔膜，其尺寸穩(wěn)定性、吸液率、循環(huán)性能等均高于聚烯烴微孔膜，但是其機械性能相對較低，是目前急需改進的方向。將無機粒子與聚酰亞胺納米纖維膜復(fù)合，能夠很好的解決聚酰亞胺機械性能相對較低的缺陷，是改性聚酰亞胺納米纖維膜的熱點。二氧化鈦作為剛性無機粒子，能夠增加聚酰亞胺納米纖維膜的機械強度，同時具有優(yōu)異的

4、電解液浸潤性、酸堿性及熱穩(wěn)定性。而且具有材料成本低、對環(huán)境影響小的特點。
　　本論文通過靜電紡絲法制得聚酰胺酸納米纖維膜，通過溶膠凝膠法制得二氧化鈦溶膠，再通過浸漬和熱亞胺化反應(yīng)制得聚酰亞胺/二氧化鈦復(fù)合納米纖維膜，并研究了其作為鋰離子電池隔膜的性能。聚酰亞胺納米纖維膜表面包覆二氧化鈦以后提高了復(fù)合納米纖維膜的儲能模量、拉伸強度、熱穩(wěn)定性，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高為407.1℃，儲能模量最高為1571.7Mpa，拉伸強度最高為43.9

5、4Mpa，失重5％的最高溫度為503.42℃;其具有理想的孔隙結(jié)構(gòu)、電解液吸收率和良好的高溫尺寸穩(wěn)定性，水接觸角最小為101.7°，吸液率最高為152％，孔隙率最高為66％，形變最高溫度為401℃;將聚酰亞胺/二氧化鈦復(fù)合納米纖維膜用于鋰離子電池隔膜具有良好的電化學(xué)性能，其離子電導(dǎo)率最高為5.56×10-3 S/cm;充放電比容量大，最高為168.0mAhg-1;高倍率下放電容量高，5C電流密度下的容量為140.1mAhg-1;循環(huán)壽命