靜電紡Al2O3、TiO2改性聯(lián)苯型聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的研究.pdf

1、采用靜電紡絲法制備的聚酰亞胺(PI)纖維膜既具有電紡膜孔隙率高、比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)獨(dú)特等特點，又具有聚酰亞胺熱穩(wěn)定性高、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，將其作為鋰離子電池隔膜，不僅可提高隔膜的吸液率，改善隔膜與電極的相容性，提高離子電導(dǎo)率，還可解決現(xiàn)有商用聚烯烴隔膜熱尺寸穩(wěn)定性差的缺點，從而滿足新一代高性能鋰離子電池的需求，因此具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ呀?jīng)成為發(fā)展的焦點。但是由靜電紡絲制備的纖維膜普遍具有機(jī)械性能較差的缺點，不能夠滿足鋰離子電池隔膜生產(chǎn)

2、過程中收卷和電池封裝的要求，因此如何提高聚酰亞胺纖維膜的力學(xué)性能是其作為鋰離子電池隔膜研究的關(guān)鍵。
　　本文首先采用3，3’，4，4’-聯(lián)苯四甲酸二酐和4，4-二氨基二苯醚為原料，采用原位聚合法在聚酰胺酸(PAA)中引入納米Al2O3或TiO2，從而合成含有Al2O3或TiO2改性的聯(lián)苯型聚酰胺酸紡絲液;然后通過高壓靜電紡絲制備Al2O3/PAA和TiO2/PAA兩種復(fù)合纖維膜;最后采用梯度升溫?zé)醽啺坊⒃谏郎剡^程中進(jìn)行單向拉伸處

3、理得到Al2O3/PI和TiO2/PI兩種復(fù)合纖維膜，并將Al2O3/PI和TiO2/PI兩種復(fù)合纖維膜作為鋰離子電池隔膜進(jìn)行相關(guān)性能測試。通過紅外光譜和微觀形貌分析，證實了兩種復(fù)合隔膜均具有較好的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并且隔膜中存在相應(yīng)的無機(jī)納米粒子，綜合隔膜的孔隙率、浸潤性能、力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能，最終確定了兩種復(fù)合隔膜中納米Al2O3和TiO2的最佳添加量分別為3wt％和4wt％，此時兩種復(fù)合隔膜的孔隙率分別為75.2％和77.5％，

4、吸液率分別為493％和550％，靜態(tài)接觸角均接近于0°，拉伸強(qiáng)度分別為18.63MPa和16.74MPa，初始熱分解溫度分別為566℃和591℃，并且均具有較好的熱收縮性能和阻燃性能。
　　采用納米Al2O3添加量為3wt％的Al2O3/PI復(fù)合隔膜和納米TiO2添加量為4wt％的TiO2/PI復(fù)合隔膜以及PI、PP隔膜進(jìn)行紐扣測試電池的組裝，以進(jìn)行電化學(xué)性能和電池性能測試，分析Al2O3和TiO2加入對PI隔膜性能的影響。結(jié)果表

5、明，Al2O3/PI復(fù)合隔膜和TiO2/PI復(fù)合隔膜的電化學(xué)穩(wěn)定窗口分別為5.5V和5.7V，界面阻抗為346.72Ω和292.85Ω，離子電導(dǎo)率為1.961×10-3S/cm和2.429×10-3S/cm，初始放電容量為154.75mAh·g-1和157.68mAh·g-1，10C高倍率下放電容量保持率為69.5％和69.9％，在25℃、1C倍率下進(jìn)行循環(huán)充放電100次后的容量保持率為95.2％和96.7％，在120℃高溫下以1C倍率