多孔性纤维素无纺布增强聚合物隔膜的制备

以聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)为单体,八乙烯基多面体齐聚倍半硅氧烷(OVPOSS)为交联剂,通过紫外光照引发聚合,形成交联结构,并与线型聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVd F-HFP)形成一种新型的凝胶聚合物隔膜。为了进一步提高聚合物膜的力学强度和电化学性能,用纤维素无纺布和致孔剂对其改性。实验结果表明,改性后隔膜的力学性能、离子电导率和孔隙率都得到明显的提高,拉伸强度最高达到10.6 MPa。与商用聚乙烯膜、单一的PVd FHFP多孔膜和未用无纺布改性的隔膜比较,聚合物改性后的隔膜在150℃仍可以保证尺寸稳定。采用改性隔膜组装的锂离子电池拥有更好的循环和倍率放电性能,在0.5 C/0.5 C的充放电条件下能够稳定循环,最高放电比容量可达到145m A·h/g。     

直接挥发法制备无纺布增强型聚合物电解质

以N,N-二甲基-甲酰胺(DMF)为溶剂, 采用直接挥发法制备无纺布增强型聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)聚合物电解质, 并以锂为负极制备了聚合物电池.用扫描电子显微镜、交流阻抗和循环伏安对所制聚合物膜性能进行了表征,用充放电实验对所制聚合物电池电化学性能进行了测试.实验结果表明,直接挥发法制得的聚合物膜孔穴丰富,微孔呈蜂窝状,吸液率为280%,电化学稳定窗口为4.5V,浸取电解液后室温离子电导率为1.5mS/cm;以LiCoO2为正极制得的聚合物电池0.1C充放电, 放电平台为3.9V左右, 首次放电容量为137.5mAh/g,20次循环后容量保持在134mAh/g以上,充放电库仑效率高于95%,0.5C放电时放电平台为3.7V,0.5和1C放电分别能保持0.1C放电容量的96%和93%.     

改性SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合膜的制备及电化学性能

利用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性纳米SiO2(简称KH570@SiO2),与聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)溶液混合,涂覆于聚丙烯(PP)无纺布上,制成KH570@SiO2/PVDF-HFP复合PP无纺布的锂离子电池隔膜。研究复合隔膜的物理性质,并分别与不含纳米SiO2的体系以及含未改性纳米SiO2的体系进行比较。通过扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、交流阻抗和充放电循环等测试,对复合隔膜的形态、力学性能和电化学性能等进行研究。结果表明,改性的纳米SiO2能够在复合隔膜中更好地分散,微孔更加均匀,而且复合隔膜的热性能和吸液率也有明显的提高。KH570@SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合隔膜的离子电导率最高,可达1.5×10-3S/cm,组装的电池在0.2 C的充放电倍率下经过100次循环,放电比容量稳定,保持在146.6 mAh/g左右。     

改性纳米SiO2对PVdF-HFP膜形态和性能影响的研究

利用不同硅烷偶联剂改性纳米SiO2,并将改性物分别加入聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVdF-HFP)溶液中,制备成锂离子电池隔膜。FT-IR和TGA测试表明,偶联剂已成功接枝到纳米SiO2表面;SEM、拉伸、热收缩和交流阻抗测试结果显示,电池隔膜中纳米SiO2的分散性、膜的机械强度、热收缩及电导率都有明显的改善;电化学测试结果表明,含改性纳米SiO2的PVdF-HFP电池隔膜的放电比容量和循环稳定性均比含未改性纳米SiO2的电池隔膜有所提高,尤其是含γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性SiO2的PVdF-HFP电池隔膜,各项性能均有较大的提高,其拉伸强度可达8.63MPa,离子电导率高达1.53×10-3 S/cm,放电比容量在充放电循环100次以内一直保持在142mAh/g以上。     

基于OMMT/PVDF-HFP的锂离子电池用复合聚合物电解质

对蒙脱石进行改性,并用直接挥发溶剂法制备有机蒙脱石/聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物电解质。用扫描电子显微镜和X射线衍射等对所制电解质性能进行表征,用交流阻抗和充放电实验研究聚合物电池的电化学性质。结果表明：直接挥发溶剂法制得的复合聚合物膜呈蜂窝状,孔穴丰富,强度增加,浸取电解液后室温离子电导率为1.51 mS/cm,电化学稳定窗口为5.5V;以LiCoO₂为正极制得的聚合物电池0.1C充放电,50次循环后容量保持率达到95.3%,倍率放电能力较好,有机蒙脱石的加入可改善电池的电极界面性质,提高电池充放电循环性能。     

聚醚侧链型聚硅氧烷对含氟聚合物凝胶锂离子电解质膜性能的影响

通过浸没沉淀相转化法制备了具有类似孔结构的聚醚侧链型聚硅氧烷(PDMS-g-(PPO-PEO))改性的聚偏氟乙烯(PVDF)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)多孔骨架,经电解液活化后得到凝胶电解质膜,研究了PDMS-g-(PPO-PEO)对含氟聚合物凝胶电解质膜性能的影响。由改性PVDF和PVDF-HFP骨架被电解液活化制备的聚合物凝胶电解质膜,离子电导率分别达到2.2×10-3和1.7×10-3S/cm,综合分析凝胶电解质膜中电解液稳定性和膜的电化学性能发现,PDMS-g-(PPO-PEO)对PVDF骨架的改性效果明显优于PVDF-HFP骨架,共混改性后PVDF可代替PVDF-HFP作为隔膜作为锂离子电池凝胶电解质膜。     

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。     

PVDF/PMMA/PEG型聚合物隔膜的制备

为提高锂离子电池聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物隔膜对电解液体系的亲和性和导电性,引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混,并添加有机增塑剂聚乙二醇PEG-400对PVDF基聚合物隔膜进行改性研究。采用先干法后湿法的相转化方法制备PVDF/PMMA/PEG型聚合物隔膜。通过对制备的聚合物隔膜的孔隙率、吸液率、微观形貌和电化学性能的分析研究,确定制膜的最佳工艺条件为聚合物占溶剂质量百分比为8%,PVDF∶PMMA=7∶3,增塑剂含量为30%,非溶剂含量为3%,反应温度为45℃,在此最佳工艺条件下制备的PVDF/PMMA/PEG隔膜的离子电导率可达2.848 m S/cm,对电解液体系的亲和性和导电性得到显著提高。     

PVDF/PMMA/PEG/TiO_2型聚合物隔膜的制备

为提高锂离子电池聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物隔膜的导电性和降低PVDF基聚合物隔膜的结晶度,引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混,掺杂有机添加剂PEG和无机纳米材料TiO_2,采用相转化方法制备PVDF/PMMA/PEG/TiO_2型聚合物隔膜。通过对制备的PVDF/PMMA/PEG/TiO_2型多孔膜吸液率、离子电导率、微观形貌和电化学性能等的分析研究,确定制膜的最佳工艺条件为聚合物浓度为8%,PMMA占聚合物质量百分比为30%,PEG含量为30%,纳米TiO_2含量为5%,C2H5OH含量为3%,反应温度为45℃。该最优方案下制备的多孔膜结晶度较纯PVDF薄膜结晶度降低,多孔膜吸液率达345%,离子电导率达5.2mS/cm,拉伸强度为1 183kg/cm~2,电化学稳定窗口为4.68V,高于4.5V,能够满足锂离子电池正常工作需要。     

PVDF-HFP基复合多孔聚合物电解质膜的研制

聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)多微孔膜在锂离子电池领域中具有很好的应用前景.采用Bellcore制膜法,用纳米材料对PVDF-HFP为基质的聚合物微孔膜材料进行了改性.利用XRD,SEM,交流阻抗等测试手段对电解质膜的晶体结构、微观形貌、电化学性能等进行了表征.结果表明:改性后聚合物电解质膜的孔隙率增加、结晶度降低,PVDF-HFP/SiO2和PVDF-HFP/Al2O3聚合物电解质隔膜的电导率(20℃)分别达到2.762×10-3S/cm和3.517×10-3S/cm,相应的离子迁移数分别为0.80和0.82.     

石墨电极表面聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及性能

为了充分利用纳米纤维膜的多孔特性,同时克服其低机械强度的缺陷,以聚丙烯腈(PAN)为主要原料,采用静电纺丝法在石墨电极表面制备PAN纳米纤维膜,形成隔膜-电极一体化结构单元(SAA),并对SAA的孔道结构、力学性能、电解液性能、热尺寸稳定性及电池性能进行系统研究.结果表明:SAA中PAN隔膜与石墨电极的粗糙表面结合紧密,PAN隔膜呈现出发达的孔道结构,电解液亲和性良好;在150℃热处理0.5 h,SAA表面隔膜的热收缩率小于2％,显著优于市售聚烯烃隔膜.基于良好的理化特性,SAA装配的钴酸锂全电池表现出优异的循环容量和倍率容量保持性,如在0.2 C下,经历200次循环后电池的放电容量保持率为98％,在32 C下电池的放电容量为0.5 C下的44.3％.因此,电极表面直接制备纳米纤维膜可形成完整的隔膜-电极一体化单元,在充分发挥纳米纤维膜优势的同时,可优化电极与隔膜的界面相容性、改善电池的充放电性能,并能够提高电池的装配效率.     

EVOH-SO3Li/P(VDF-HFP)/HAP锂离子电池隔膜的制备及电化学性能EI北大核心CSCD

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))、纳米羟基磷灰石(HAP)和聚乙烯-乙烯醇共聚物的磺化物(EVOH-SO3Li)为原料进行高压共混静电纺丝,制备出EVOH-SO3Li/P(VDF-HFP)/HAP锂离子电池隔膜。利用FTIR,SEM,电化学工作站和电池检测系统对隔膜进行测试分析。结果表明:EVOH-SO3Li隔膜为粗细均匀的三维网络结构,加入P(VDF-HFP)和HAP后,EVOH-SO3Li/P(VDF-HFP)/HAP复合隔膜呈现出树枝形状的三维网状结构,提高了隔膜的孔隙率和吸液率,与纯EVOH-SO3Li隔膜相比,分别提高了37.5%和91.6%。同时表现出良好的电化学性能,组装的锂离子电池的电化学稳定窗口为5.65V,界面阻抗降至184.24Ω,离子电导率则提高至2.686×10^-3 S·cm^-1;在0.5 C放电电流下循环100次后容量保持率为96.69%,与EVOH-SO3Li隔膜相比各项性能均有所提高。     

熔融静电纺β-PVDF超细纤维隔膜的制备及性能EI北大核心CSCD

以熔融静电纺丝法制备锂离子电池用聚偏氟乙烯(PVDF)多孔超细纤维隔膜。对隔膜的物理性能、电化学性能以及组装电池性能等进行了测试分析。在静电场和温度的协同作用下,能够生成β相PVDF,促进电解质中锂盐的离子化。与商业隔膜Celgard 2400进行对比,熔融静电纺PVDF隔膜在130℃下受热0.5 h尺寸几乎无变化;孔隙率和吸液率高达83.99%和342.52%,离子电导率可达0.833 m S/cm。组装成半电池测试,初始放电比容量可达157.69 m A·h/g;0.5C下充放电100次后,容量保持率可达84.68%,优于商业隔膜的75.72%;在不同电流密度下测试,均能保持较稳定的放电比容量。     

熔融静电纺β-PVDF超细纤维隔膜的制备及性能

以熔融静电纺丝法制备锂离子电池用聚偏氟乙烯(PVDF)多孔超细纤维隔膜。对隔膜的物理性能、电化学性能以及组装电池性能等进行了测试分析。在静电场和温度的协同作用下,能够生成β相PVDF,促进电解质中锂盐的离子化。与商业隔膜Celgard 2400进行对比,熔融静电纺PVDF隔膜在130℃下受热0.5 h尺寸几乎无变化;孔隙率和吸液率高达83.99%和342.52%,离子电导率可达0.833 m S/cm。组装成半电池测试,初始放电比容量可达157.69 m A·h/g;0.5C下充放电100次后,容量保持率可达84.68%,优于商业隔膜的75.72%;在不同电流密度下测试,均能保持较稳定的放电比容量。     

熔体mLLDPE静电纺纤维基锂电池隔膜的制备

采用熔体静电纺丝方法制备了茂金属线性低密度聚乙烯(mLLDPE)无纺纤维,并与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液静电纺纳米纤维复合改性,成功制备出mLLDPE无纺纤维基锂电池隔膜。对该锂电池隔膜的孔隙率、热稳定性、充放电性能测试结果表明,该隔膜的孔隙率在54%~62%,首次放电比容量为70 mA·h/g,且循环稳定性良好,性能优于同等测试条件下的商业锂电池隔膜,可以应用于锂电池。     

PVDF/PMMA/TiO_2型聚合物隔膜的制备

为提高锂离子电池聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物隔膜的导电性和降低PVDF基聚合物隔膜的结晶度,引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混,掺杂无机纳米材料TiO_2,采用相转化方法制备PVDF/PMMA/TiO_2型聚合物隔膜。通过对制备的PVDF/PMMA/TiO2型多孔膜吸液率、微观形貌和电化学性能的分析研究,确定制膜的最佳工艺条件为聚合物浓度为5%,PVDF∶PMMA为72∶28,纳米TiO_2添加量为5%,非溶剂添加量为3%,水浴温度为55℃。该方案下制备的多孔膜结晶度较纯PVDF薄膜结晶度降低,吸液率达到109.76%,离子电导率为2.64mS/cm,电化学稳定窗口为4.86V,高于4.5V,能够满足锂离子电池正常工作需要。     

静电纺TiO2改性联苯型聚酰亚胺锂离子电池隔膜

先采用高压静电纺丝技术制备二氧化钛/聚酰胺酸(TiO₂/PAA)复合纤维膜,然后对其进行热亚胺化处理制备出二氧化钛/聚酰亚胺(TiO₂/PI)复合纤维隔膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、热失重分析仪和电化学工作站测试了TiO₂/PI复合纤维隔膜的基本性能和电化学性能,结果表明：隔膜具有明显的三维网状结构,与未改性的纯PI隔膜相比,改性后TiO₂/PI复合纤维隔膜的拉伸强度、孔隙率和吸液率分别提高到16.74 MPa、77.5%和550%;其热收缩性能较好,整体电化学性能优异。制备的LiFePO₄(磷酸铁锂正极)/TiO₂/PI/C(石墨负极)电池具有优异的循环稳定性和高放电容量,在1 C条件下进行100个循环后,其库伦效率在25℃和120℃高达96.7%和90.7%。     

静电纺丝法制备POSS-(C_3H_6Cl)_8复合聚偏氟乙烯聚合物隔膜的结构与性能

为了提高锂离子电池的安全性,文中选择聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,八氯丙基低聚倍半硅氧烷(POSS-(C_3H_6Cl)_8)为改性剂,通过静电纺丝法制备POSS-(C_3H_6Cl)_8复合PVDF聚合物隔膜(EPS)。表征了纺丝膜的形貌、力学性能,测试了电化学窗口和Li/LiFePO_4纽扣电池的充放电循环稳定性。结果表明,当POSS-(C_3H_6Cl)_8的加入量为10%时,静电纺丝纤维薄膜的拉伸强度和断裂伸长率分别比纯PVDF提高了106.4%和27.2%;室温下的离子传导率为3.8×10~(-3)S/cm,比纯PVDF提高了97.4%;电化学稳定窗口为5.7 V。用该聚合物隔膜组装的锂离子电池具有良好的循环稳定性和倍率性能。     

硅烷改性交联聚醚凝胶电解质的制备及性能研究

合成了硅氧烷封端的聚氧化乙烯,并通过硅氧键交联的方法制备了柔性且兼具优异拉伸强度的自支撑膜材料。将其与LiPF_6电解液配合制备了凝胶型聚合物电解质,并研究了其电化学性能。研究发现,该凝胶型聚合物电解质室温电导率相比商用隔膜(celgard 2500)有着一定提升,达到1.36×10~(-3) S/cm(30℃)。线性扫描测试其电化学稳定性达到4.2 V(vs Li~+/Li)。Li/LiFePO_4电池性能首次放电容量达到134.3 mAh/g(0.5C,25℃),充放电循环200圈后未发现明显容量损失,且在大倍率充放电(2C,25℃)测试下,放电比容量仍具有118.5 mAh/g,具有出色的倍率性能。结果表明,该硅烷改性交联聚醚凝胶电解质具有较好的研究和应用前景。     

添加无机粒子的P(VDF-HFP)-PMMA复合聚合物电解质的性能

研究了以PP/PE/PP(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)膜为支撑体,P(VDF-HFP)(聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯))-PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为聚合物基体,与纳米级SiO2、CaCO3进行复合构成的聚合物电解质膜(CPE)的性能。借助X射线衍射、电化学阻抗、电池的首次充放电、倍率放电和充放电循环测试,考察了复合聚合物电解质CPE(SiO2)和CPE(CaCO3)的结构以及它们与LiFePO4正极材料、金属锂的相容性。结果表明:无机粒子的加入没有改变原来聚合物P(VDF-HFP)-PMMA非晶结构;两种电解质构成的电池的首次充放电性能相差不大,但是循环性能后者优于前者;LiFePO4/CPE(CaCO3)/Li构成的电池的倍率放电性能、放电容量和容量保持率均优于LiFePO4/CPE(SiO2)/Li电池;CPE(CaCO3)与LiFePO4、金属锂的相容性更好。