锂离子电池用纤维素材料及其隔膜制备技术的研究进展

随着新能源行业的快速兴起,高性能锂离子电池成为当下的研究热点。作为锂离子电池的重要组成部分之一,隔膜不仅决定了电池的内部结构和内阻,而且对电池的容量、循环和安全性能起着至关重要的作用。纤维素材料来源丰富、环境友好,由纤维素制备的隔膜具有高孔隙率、高比表面积和高离子电导率,有希望成为传统聚烯烃隔膜的优良替代品。概括了不同种类的纤维素在锂离子电池膈膜中的应用进展,对纤维素膈膜的制备技术及其性能进行了全面的讨论和总结,最后,提出了纤维素锂离子电池隔膜领域有待解决的问题以及纤维素在隔膜领域的发展前景。     

锂离子电池隔膜的研究与开发

介绍了锂离子电池隔膜材料的研究与进展，重点综述了聚烯烃锂离子电池隔膜材料的制备方法、孔径结构、孔隙率，透气率，自关闭性能等，认为多层复合隔膜既具有一定的强度又具有较低的自关闭温度，较适合作为锂离子电池隔膜，固体聚合物电解质在锂离子电池中作为电解质的同时还可以起隔膜的作用，表现出良好的应用前景。     

动力/储能锂离子电池隔膜制备先进技术及研究进展

锂离子电池主要由电极、隔膜、电解液三大部分构成。其中隔膜作为电池的关键部件之一,极大地影响着电池的综合性能。商业聚烯烃隔膜由于润湿性与耐温性差、孔隙率低等缺点,很难满足高性能锂离子电池隔膜的要求。因此,隔膜的制备技术与材料急需进行深入的研究与探索。本文从近期隔膜的研究热点出发,分别从商业聚烯烃隔膜的改性、静电纺丝法及相分离法制备等方面对动力/储能锂离子电池隔膜最新研究成果进行综述,并指出了未来隔膜的发展方向。     

湿法制备锂离子电池隔膜的高性能化改性研究

锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、质量轻、无记忆效应等特性,以及快速充放电等优点,因此成为近年来新型电源技术研究的热点,在高能量和高功率领域备受关注。作为锂离子电池的核心材料之一,隔膜的主要功能是使电池的正、负极分隔开来,阻止电子通过。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命和电池安全性能的好坏。隔膜越薄、孔隙率越高、电池内阻越小,其高倍率放电性能就越好。     

聚苯醚纳米纤维锂电隔膜的制备

为了改善锂离子电池的高温安全性和充放电性能,以聚苯醚树脂为成膜材料,采用静电纺丝技术制备了纳米纤维锂电隔膜,对隔膜的形貌、结构、电解液亲和性和耐高温性进行了系统测试,并将该纳米纤维膜装配到电池中进行充放电性能测试。结果显示:聚苯醚隔膜的纳米纤维直径约为260nm,纤维交错形成均匀的孔道(平均孔径约500nm),其孔隙率达到74%以上,为聚烯烃隔膜的2倍左右;聚苯醚树脂的电解液亲和性和高孔隙率强化了隔膜的电解液吸收和保持能力,其吸液率约为310%;在150℃,60min的热处理条件下,该隔膜的尺寸收缩率几乎为零。电池性能测试表明,聚苯醚基纳米纤维膜显示出更优的放电倍率性能和循环性能。     

湿法无纺布型锂离子电池隔膜研究

以氧化包覆改性的聚丙烯纤维和棉纤维为主要材料,采用湿法无纺布抄造的方法制备出了锂离子电池隔膜.研究了不同纤维配比对隔膜的抗张强度、孔隙率、吸液率、保液率和热收缩等性能的影响,并对锂离子电池隔膜的形貌和电导率进行了分析.结果表明,当棉纤维与改性聚丙烯纤维的质量配比为1∶1时,其抗张强度达到1.647 1kN/m,孔隙率为45.45%,吸液率和吸液高度分别为687.3%和39.2mm,相应的保液率为121.3%,得到了性能良好的锂离子电池隔膜.通过热收缩性能测试得出,加入棉纤维可以提高隔膜的热稳定性.SEM结果表明,改性聚丙烯纤维与棉纤维之间相互交织形成隔膜,所得隔膜在电解液中的电导率为2.39×10~(-3) S/cm.     

一维纳米材料在锂离子电池中的研究进展

主要评述了近年来纳米棒、纳米管、纳米带、纳米纤维等一维纳米材料在锂离子电池正负极、隔膜及全固态电池固态电解质中的应用。一维纳米材料的比表面积大、孔隙率高,能为锂离子提供更短的嵌入脱出路径,还能有效缓解电池工作时产生的体积效应,从而大大提高锂离子电池的性能。介绍了不同方法制备的一维纳米材料在锂离子电池中对电化学性能的优化及提升,并重点介绍了具有产业化前景的静电纺丝法制备用于锂离子电池的一维材料近年的发展;展示了一维纳米材料在锂离子电池中的研究进展,并展望了其发展方向。     

我国纳米纤维锂离子电池隔膜项目通过验收

北京市科委、北京新材料发展中心组织专家组到理化所进行“静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜研究”项目的评审验收。专家组一致认为,以静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜,是对新型隔膜材料的制备方法和制备工艺的创新性研究,是对锂离子电池隔膜实现国产化途径的有益探索;所形成的多针喷头组控技术突破了以往单喷头静电纺丝技术制备效率低的瓶颈,具有良好的实际应用前景;     

涂层控制锂离子电池闭孔性能研究

采用无纺布基材以及具有闭孔性能的涂层,制备出一种具有闭孔性能的锂离子电池用无纺布基陶瓷隔膜,分析研究了样品的孔径、孔隙率、热性能、亲液性电池充放电循环性能。结果表明:在无纺布基材的两面均匀涂布氧化铝陶瓷涂层后所得电池隔膜的孔径为0.17μm;若在涂层中加入具有热熔性能的聚乙烯(PE)微粉,其隔膜孔径为0.30μm,均满足锂离子电池隔膜要求。2种隔膜在160℃和2h条件下不发生热收缩,含有PE微粉涂层的隔膜在加热后表现出闭孔现象。2种隔膜所制备的电池在1C充放电循环50次条件下,电池容量保持率分别为84.4%和84.2%,均优于PE隔膜电池,其倍率性能也较优。     

锂离子电池隔膜用非织造材料研究进展

电池隔膜是锂离子电池的核心组件之一,随着锂离子电池的发展而逐渐完善、创新。由于商品化程度最高的聚烯烃类微孔膜受到性能限制,亟需开发新的工艺制备综合性能优异的电池隔膜,优化隔膜的产业结构。综述了近年来使用非织造技术制备的锂离子电池隔膜,包括熔喷法、纺粘法、湿法非织造工艺及静电纺丝法,评价电池隔膜的性能及制备工艺,列举针对各个制备工艺获得的隔膜的改性方法,对锂离子电池隔膜的发展方向做出了设想与展望。     

锂离子电池正极负极材料研究进展

近年来,锂离子电池因其优异的特性,发展十分迅速。锂离子电池的优异性能与电池的材料选择,材料的制备工艺等密切相关,可以说,锂离子电池的性能,很大程度上取决于电池的正负极材料以及电解质和隔膜材料的选择和制备。基于这种的重要性,本文对目送２锂离子电池的正极和负极材料的研究进展进行了综合评述。     

聚烯烃型隔膜的表面亲液改性

为提高锂离子电池聚烯烃多孔膜的亲电液性,增加其离子导电性能,采用辐射聚合甲氧基聚氧化乙烯丙烯酸酯对聚烯烃隔膜进行表面改性。改性后的隔膜对高极性电解液具有良好的湿润性。由于对电解液更高的吸附作用,通过吸附更多的液态电解液,使膜更易传导锂离子。改性膜作为隔膜制备的碳/正极材料锂离子电池不仅具有优良的容量保持性,也具有良好的倍率放电性能。     

共纺聚乙烯-乙烯醇锂-热塑性聚氨酯锂离子电池隔膜热力学及电化学性能

为了改善锂离子电池隔膜的热力学和电化学等性能，以聚乙烯-乙烯醇锂(EVOH-Li)和热塑性聚氨酯(TPU)为原料，利用高压静电纺丝法进行双针头同时纺丝，制备了两种不同纤维丝相互缠结的EVOH-Li-TPU共纺膜。其中，EVOH-Li具有自由脱嵌的锂离子，可以增加电池隔膜的离子导电性；TPU具有良好的力学性能和韧性，可以增加锂离子电池隔膜的抗穿刺性，从而提高其安全性。研究了EVOH-Li-TPU共纺膜的微观形貌、力学性能、吸液率、孔隙率、热学性能及电化学性能，并与EVOH-Li和TPU单纺膜的相关性能进行对比。结果表明，EVOH-Li-TPU共纺膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.09 MPa和79.26%，孔隙率和吸液率分别达到84%和321%，室温离子电导率为4.41×10–4 S/cm，界面阻抗相比EVOH-Li和TPU单纺膜显著降低，电化学窗口为5.0 V，EVOH-Li-TPU共纺膜相比于EVOH-Li和TPU单纺膜，各种性能均有所增强。      

锂离子电池隔膜产业发展现状及趋势分析

隔膜是锂离子电池的关键内层组件之一,主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过,同时能够允许离子通过,从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能的好坏。隔膜越薄、孔隙率越高,电池的内阻越小,高倍率放电性能就越好,因此,隔膜对提高电池的综合性能具有十分重要的作用。     

无纺布型锂离子电池隔膜的研究进展

锂离子电池隔膜是隔离正、负极,同时能够让锂离子在正负极间自由通过的多孔隔膜材料.综述了无纺布型锂离子电池隔膜的结构性能特点,以及该材料制备过程中的孔径控制、热闭合作用等关键技术的研究进展.     

相转化法制备聚苯醚基锂电隔膜及其性能研究

为了改善锂电隔膜的亲液性和耐热性,本研究采用聚苯醚树脂为成膜材料,利用相转化法制备了微孔锂电隔膜,通过膜形貌和结构表征、亲液性和耐热性测试对聚苯醚隔膜的基本性能进行研究,并将该隔膜装配成锂电池进行电化学性能表征。结果表明,聚苯醚隔膜显示出发达的三维孔道结构,孔隙率达到68%,约为传统聚烯烃膜的1.5倍;材料的良好亲液性和高孔隙率结构改善了聚苯醚隔膜的吸液性,其吸液率达到325%;该隔膜在160℃、60min的热处理条件下未发生明显的热收缩。相对于市售聚乙烯隔膜,聚苯醚微孔隔膜所装配锂离子电池显示出更优的循环性能和倍率性能。     

隔膜的孔结构、理化特性与锂离子电池性能的相关性

隔膜是电池重要原材料之一。它的微孔结构、物理性能、化学特性、热性能等与电池性能有密切的相关性。对于锂离子电池的隔膜，由于锂离子电池具有工作电压高，正极材料的氧化性和负极材料的还原性较高，锂离子电池隔膜材料与高电化学活性的正负极材料应具备优良的相容性，同时还应具备优良的稳定性、耐溶剂性、离子导电性、电子绝缘性、较好的机械强度、较高的耐热性及熔断隔离性。     

TiO_2改性PVDF锂离子电池隔膜的研究

静电纺丝制备聚偏氟乙烯(PVDF)锂离子电池隔膜电化学性能一般,可采用混纺增强其电化学性能。采用二氧化钛(TiO_2)与PVDF混纺,制得TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜,研究不同TiO_2的添加量对TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜性能的影响,考察其力学性质、离子电导率、放电比容量和循环性能。结果表明:在添加1.5%(wt,质量分数)TiO_2条件下,制得的TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜的孔隙率高达52.54%,吸液率403.70%,离子电导率4.2×10~(-4)S/cm;在0.5C条件下放电比容量为134.0mAh/g,循环25次条件下,TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜的放电比容量仍有130.0mAh/g,放电比容量的波动小,循环稳定性好。     

基于专利分析的锂离子电池隔膜技术发展趋势研究

对锂离子电池隔膜技术在中、美、欧的专利申请进行了检索、去噪，在此基础上梳理锂离子电池隔膜技术发展生命周期、主要专利权人、技术研发方向，并通过技术功效分析，找到锂离子电池隔膜技术分布和技术效果。从专利分析的结果来看，锂离子电池隔膜技术经历3个阶段，即技术起步期、技术缓慢发展期以及技术快速增长期；锂离子电池隔膜领域的专利主要集中在H01M2/14、H01M2/16、C08J9/00及B32B27/32四大类，主要涉及隔膜的结构、材质及制备工艺；从整体来看，锂离子电池隔膜未来发展方向主要集中在提高隔膜耐热性、研制超薄隔膜、提高隔膜的吸液性能以及研发聚合物电解质隔膜、纤维隔膜等新型隔膜上；并对标东丽、旭化成、帝人、Celgard、住友化学等全球锂离子电池隔膜技术领先公司，建议我国相关研究单位充分发挥在湿法基膜、改性涂布膜研发上的技术优势，优化湿法制膜工艺、拉伸工艺、涂覆改性工艺，提高隔膜安全性、充放电高效性、使用寿命，抢占制高点，针对技术疏松区或技术空白区进行突破。     

添加CeO_2的PVDF-HFP隔膜的性能研究

通过添加不同质量分数的二氧化铈(CeO2)纳米粒子,利用相转化法制备锂离子电池隔膜PVDF-HFP/CeO2,所制得的膜通过红外光谱、交流阻抗、线性伏安扫描、首次充放电等方法对其进行性能测试。实验表明,添加CeO2的PVDF-HFP改性膜不但有效地提高了膜的吸液率、孔隙率、离子电导率,而且也同时也降低了聚合物链的结晶度。当CeO2添加量为8%时,有较好的性能,最大吸液率和孔隙率分别是178%和85%。室温下离子电导率为2.41×10-3 S/cm,电化学稳定窗口为4.67V,库仑效率达99.09%,满足锂离子电池隔膜的要求。