沸石/聚乙烯醇涂覆改性聚丙烯隔膜及其性能研究

为了改善商业聚丙烯(PP)隔膜与电解液浸润性差和热尺寸稳定性不佳的问题,采用浸涂法制备了沸石/聚乙烯醇涂覆PP隔膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、电池测试系统和电化学工作站等表征手段研究了改性隔膜的表面形貌、孔隙率、吸液率、热稳定性以及电化学性能,并与PP隔膜进行了性能对比。结果表明,改性后的PP隔膜孔隙率从38.4%提升到41.2%,吸液率从108.4%增加到181.1%,170 ℃下的热收缩率从58%降至23%。与PP隔膜相比,改性隔膜的循环性和稳定性得到了提高。界面阻抗从88 Ω降为61 Ω,离子电导率从0.58 mS/cm增加到0.75 mS/cm。沸石/聚乙烯醇涂层是改善PP隔膜电化学性能和热稳定性的有效方法,能够提高锂电池的循环性和安全性。     

聚苯并咪唑改性联苯型聚酰亚胺电纺锂离子电池隔膜的热学及其电化学性能

为了改善商业隔膜孔隙率和吸液率不高、耐热性和热尺寸稳定性不佳的问题,通过选用聚苯并咪唑（PBI）预聚体对聚酰亚胺（PI）进行改性,采用高压静电纺丝法制备了质量比PBI∶PI=0.3∶1.0的复合纤维隔膜。研究了复合纤维隔膜的微观形貌、孔隙率、吸液率、热性能、电化学性能及电池性能,并将PBI∶PI=0.3∶1.0的复合纤维隔膜、PI纤维隔膜及聚丙烯（Celgard 2400,PP）隔膜进行了性能对比。结果表明,PBI∶PI=0.3∶1.0的PBI/PI复合纤维隔膜孔隙率达82%,吸液率达618%;在空气气氛中,300℃无尺寸收缩,在N₂气氛中,分解温度在400℃以上,800℃时残重大于50%;离子电导率达1.29×10^-3S/cm,较PP隔膜几乎提高了1个数量级;界面阻抗为489.34Ω,较PP隔膜降低了17%;电化学稳定窗口提高到5.05 V,为PP隔膜的119%;以PBI∶PI=0.3∶1.0的复合纤维隔膜组装的CR 2032型电池表现出优异的电池性能,经大电流放电后电池性能稳定,初始放电容量达130.01 mA·h/g,在1A/s循环10...     

增强型P（VDF—HFP）-PMMA聚合物电解质的制备和性能

以P（VDF-HFP）-PMMA（聚四氟乙烯六氟丙烯-聚甲基丙烯酸甲酯）为聚合物基体,利用直接挥发法制备了PP／PE／PP复合膜增强型聚合物电解质。采用激光扫描共焦显微镜（LEXT）,线性伏安,交流阻抗和恒流充放电循环等测试手段,考察了PMMA的添加对聚合物电解质性能的影响。实验结果表明：PMMA的加入能使聚合物电解质吸收更多的液体电解液,从而增大离子电导率。当P（VDF—HFP）：PMMA=1时,室温下吸液量高达306％,电导率达到1．63mS／cm,电化学稳定窗口高达5．2V。以LiCoO2为正极、锂片为负极,采用该隔膜组装的聚合物锂离子电池具有很好的循环稳定性。     

静电纺丝聚芳醚砜酮锂离子电池隔膜的制备及热处理EI北大核心CSCD

采用静电纺丝技术制备了聚芳醚砜酮(PPESK)纤维膜用作锂离子电池隔膜,并对PPESK纤维膜进行热处理以提高隔膜的拉伸强度和弹性模量,经320℃热处理后的隔膜纤维之间的黏结作用有效增强,隔膜的拉伸强度提高至19.8MPa。通过扫描电镜观测、差示扫描量热分析、交流阻抗测试和充放电测试等手段表征了PPESK隔膜的表面形貌、热稳定性能、电化学性能和相应的电池充放电循环性能。实验结果表明,热处理PPESK隔膜显示出良好的电解液吸收性能和热稳定性;电解液浸润的热处理PPESK隔膜相比Celgrad 2400PP隔膜具有更高的离子电导率(2.38mS/cm)和更低的界面电阻(170Ω);使用热处理PPESK隔膜装配的扣式电池展现出较高的充放电容量和稳定的循环性能。     

静电纺丝聚芳醚砜酮锂离子电池隔膜的制备及热处理

采用静电纺丝技术制备了聚芳醚砜酮(PPESK)纤维膜用作锂离子电池隔膜,并对PPESK纤维膜进行热处理以提高隔膜的拉伸强度和弹性模量,经320℃热处理后的隔膜纤维之间的黏结作用有效增强,隔膜的拉伸强度提高至19.8MPa。通过扫描电镜观测、差示扫描量热分析、交流阻抗测试和充放电测试等手段表征了PPESK隔膜的表面形貌、热稳定性能、电化学性能和相应的电池充放电循环性能。实验结果表明,热处理PPESK隔膜显示出良好的电解液吸收性能和热稳定性;电解液浸润的热处理PPESK隔膜相比Celgrad 2400PP隔膜具有更高的离子电导率(2.38mS/cm)和更低的界面电阻(170Ω);使用热处理PPESK隔膜装配的扣式电池展现出较高的充放电容量和稳定的循环性能。     

C/LLZO复合隔膜的磁控溅射制备及其对多硫化物抑制效应北大核心CSCD

通过磁控沉积技术在聚丙烯(PP)商业隔膜表面构建了碳/锆酸镧锂(C/LLZO)功能结构,以实现高效阻碍多硫化物扩散,提高电池比容量。本文对多层隔膜表观形貌、孔隙率、电解液亲和性和电化学性能等进行表征。研究结果表明:导电碳的引入改善了硫正极的绝缘缺陷,LLZO特有的结构也提高了锂离子电导率,同时磁控溅射方法有效避免了直接涂覆法带来的隔膜孔隙率大大降低等问题。C/LLZO双溅改性隔膜的离子电导率高达3.44 m S/cm,是商业隔膜(PP/Celgard2400,1.93m S/cm)的1.78倍;在0.2 C下首次充放电比容量达905.34 m Ah/g,200次循环后依然保持在780.06 m Ah/g,容量衰减率为每循环0.069%,优于商业隔膜的0.80%,显示出优异的循环稳定性。     

C/LLZO复合隔膜的磁控溅射制备及其对多硫化物抑制效应

通过磁控沉积技术在聚丙烯(PP)商业隔膜表面构建了碳/锆酸镧锂(C/LLZO)功能结构,以实现高效阻碍多硫化物扩散,提高电池比容量。本文对多层隔膜表观形貌、孔隙率、电解液亲和性和电化学性能等进行表征。研究结果表明:导电碳的引入改善了硫正极的绝缘缺陷,LLZO特有的结构也提高了锂离子电导率,同时磁控溅射方法有效避免了直接涂覆法带来的隔膜孔隙率大大降低等问题。C/LLZO双溅改性隔膜的离子电导率高达3.44 m S/cm,是商业隔膜(PP/Celgard2400,1.93m S/cm)的1.78倍;在0.2 C下首次充放电比容量达905.34 m Ah/g,200次循环后依然保持在780.06 m Ah/g,容量衰减率为每循环0.069%,优于商业隔膜的0.80%,显示出优异的循环稳定性。     

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。     

聚酰亚胺嵌段聚乙二醇锂离子电池隔膜的制备及性能研究

采用低温缩聚-化学亚胺化法合成了聚酰亚胺-聚乙二醇嵌段共聚物(PI-b-PEG),并利用相转化法制备了具有高耐热性能和离子传输性能的PI-b-PEG锂电池隔膜.将其性能与PI隔膜和商业Celgard 2325 PP膜进行了对比考察.结果表明,PI和PI-b-PEG隔膜在200℃可以保持尺寸稳定,具有优异的耐热性能.与商业PP膜相比,PI和PI-b-PEG隔膜表现出更高的孔隙率、吸液率、锂离子迁移数和离子电导率.PI-b-PEG隔膜离子电导率相对PI提升显著,常温下达到1.912 2 mS/cm.PI-b-PEG隔膜所组装的电池表现出良好的循环稳定性,以1 C的电流密度进行充放电,100次循环后容量仍然可以保持在137.6 mA·h/g.同时,PI-b-PEG隔膜电池表现出更好的倍率性能.     

聚硅氧烷/聚苯硫醚无纺布复合电池隔膜的制备与性能

以聚乙烯基硅氧烷（PVS）为涂覆材料,以耐高温聚苯硫醚（PPS）无纺布为支撑材料,通过物理浸涂的方法制备了PVS/PPS无纺布复合锂离子电池隔膜。通过对基本物理性能、电化学性能和电池性能的系统考察,发现与聚烯烃（PP/PE/PP）隔膜相比,PVS/PPS复合隔膜具有较发达的微孔结构、良好的润湿性、较高的离子电导率及良好的界面相容性,有助于降低电池工作时的欧姆极化程度,并使电池表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性（保持率约为100%）。此外研究发现,PVS/PPS复合隔膜具有优异的耐热性,在250℃的高温下热处理1 h后仍能表现出较好的尺寸稳定性。可见,PPS无纺布基复合隔膜在动力型锂离子电池领域具有很大的发展前景。      

静电纺PMMA/EVOH-SO3Li锂离子电池隔膜复合材料的制备及性能

以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO₃Li）为原料,通过高压静电纺丝法进行交替纺丝,制备PMMA/EVOH-SO₃Li锂离子电池隔膜复合材料。通过FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、TGA、IM6型电化学工作站和电池循环测试设备对PMMA/EVOH-SO₃Li隔膜复合材料的性能进行检测表征。结果表明：PMMA/EVOH-SO₃Li隔膜复合材料具有清晰的三维网状结构,与EVOH-SO₃Li隔膜材料相比,改性后PMMA/EVOH-SO₃Li隔膜复合材料的孔隙率、吸液率和拉伸强度分别提高至80%、340%和3.18 MPa,起始热分解温度升高至294℃,热收缩率也有所降低,并表现出良好的电化学性能。其中电化学稳定窗口由5.0V增加到5.6 V,界面阻抗由420.69 Ω降低至262.31 Ω,离子电导率则由1.560×10^-3 S/cm提高至2.089×10^-3 S/cm,并且经过100次循环充放电后,容量保持率仍高达93.7%。     

聚乙烯-乙烯醇磺酸锂/聚偏氟乙烯-六氟丙烯锂离子电池隔膜的制备及性能

以聚乙烯-乙烯醇的磺化物（EVOH-SO₃Li）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）为原料,利用高压静电纺丝技术纺制成高孔隙率、纤维粗细均匀的EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP复合隔膜材料。利用FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、TGA、BMP3电化学工作站和电池检测系统对EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜进行测试分析。测试结果表明:EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜形成致密的三维网络结构,纤维粗细均匀,孔径均一,EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜的孔隙率和吸液率分别为85%和437%;与纯EVOH-SO₃Li隔膜相比,EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP复合隔膜的拉伸强度最大值从2.17 MPa提高至8.33 MPa,起始热分解温度升高至310℃,并表现出良好的电化学性能和电池性能。其中电化学稳定窗口由5.6 V增至5.8 V,界面阻抗由425.51 Ω降低至115.24 Ω,离子电导率由1.592×10-3 S/cm提高至3.102×10-3 S/cm;采用EVOH-SO₃Li/PVDF-HFP隔膜组装的锂离子电池在0.5 C放电电流下循环100次后容量保持率为96.65%。      

β-环糊精-聚磷酸铵对黄麻/聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

将黄麻纤维和聚丙烯纤维（PP）通过梳理、铺网和针刺的方式形成黄麻/PP复合材料毡,采用表面撒粉工艺,将阻燃剂β-环糊精（β-CD）、β-CD与聚磷酸铵（APP）复配热压后在黄麻/PP复合材料表面形成阻燃层,采用FTIR、极限氧指数测试仪、水平燃烧测试仪、锥形量热测试仪、热重分析测试仪、SEM及万能试验机等检测黄麻/PP复合材料阻燃性能、力学性能、成炭性能及样品表面微观形貌。结果表明:β-CD与APP复配后在黄麻/PP复合材料表面热压成膜可以显著提高复合材料的阻燃性能和热稳定性。当β-CD-APP复配阻燃剂质量分数为20wt%、β-CD与APP的质量比为1∶2时,黄麻/PP复合材料水平燃烧58 s后自熄,极限氧指数（LOI）值达到26.6%,根据日本JISD 1201—77标准,属于第三难燃等级材料,此时热释放速率和有效燃烧热值最小,700℃时的残炭量增加了11.68%。力学性能测试表明,在黄麻/PP复合材料表面增加阻燃层后,弯曲强度增加而拉伸强度不受影响。      

Preparation and performance of silica/polypropylene composite separator for lithium-ion batteries

In an effort to improve thermal stability and mechanical properties of porous polypropylene (PP) separators for lithium-ion battery, SiO₂/PP/SiO₂ composite separators were prepared by introducing SiO₂ layer on both sides of PP separator through a dip-coating process, with polyvinylidene fluoride–hexafluoropropylene (PVDF–HFP) as binder. SiO₂ nanoparticles are evenly distributed and closely packed in the coated layer, which features a porous honeycomb structure. This unique porous structure was quantitatively analyzed by Gurley value, and it can retain liquid electrolyte, leading to higher electrolyte uptake and ionic conductivity of the composite separator. The introduction of SiO₂-coated layers can not only suppress thermal shrinkage but also improve mechanical properties of the composite separator. C-rate capability and cycle performance of composite separator were also investigated, and compared to those of pristine PP separator.     

静电纺丝与静电喷雾技术共纺制备PPESK/PVDF复合锂电池隔膜

为了改善传统静电纺丝无纺布纤维膜力学性能较差的缺点,采用静电纺丝和静电喷雾技术相结合的方法,同时进行静电纺PPESK浓溶液和PVDF稀溶液,制备得到PPESK纤维/PVDF珠粒复合锂电池隔膜,并在160℃进行热压后处理。通过扫描电子显微镜、万能拉伸试验机、电化学工作站及充放电测试仪等表征复合锂电池隔膜的微观结构、力学性能、离子电导率和相应的电池充放电性能。结果表明,该复合隔膜具有良好的电解液润湿性,室温下离子电导率达到1.92mS·cm^-1,PVDF珠粒均匀地分布在PPESK纤维中,珠粒经热压产生微熔融有效增强了纤维之间的黏结力,使复合膜的力学强度提高到13.2MPa。此外,使用复合隔膜装配的电池展现出较高的放电比容量和稳定的循环性能。     

聚偏氟乙烯-沸石复合锂电隔膜的制备及性能

针对传统聚烯烃类锂离子电池隔膜的耐温性差和电解液亲和性差的问题,本实验以微孔沸石纳米粒子和聚偏氟乙烯树脂(PVDF)为主要原料,通过相转化法制备了综合性能优异的沸石/PVDF复合锂电隔膜。结果表明:与商用聚乙烯(PE)膜相比,所制备的沸石/PVDF复合隔膜具有更加发达的孔道结构,其孔隙率超过70%,约为PE膜的2倍。沸石/PVDF复合膜的耐高温性和电解液润湿性明显优于PE膜和纯PVDF膜,经过160℃、0.5h的高温处理后,复合膜的热收缩率仅为5%,而PE膜已完全融化,收缩率达到100%,PVDF膜收缩率超过50%;沸石/PVDF复合膜的电解液接触角仅为7.4°,而PE膜和PVDF膜的接触角高达42.5°和31.7°。受益于丰富的孔道结构和良好的电解液吸收/保持能力,沸石/PVDF复合膜所装配锂离子电池的倍率放电容量高于PE膜,同时,该复合膜装配电池的循环性能也优于传统聚乙烃隔膜。     

凹凸棒土/ 聚丙烯/ 聚碳酸酯三元复合材料的力学性能及增韧机理

通过两步法熔融共混工艺制备了具有核壳特征凹凸棒土(AT) / 聚丙烯( PP) / 聚碳酸酯( PC) 三元复合材料。利用TEM 观察复合体系的亚微相态。使用万能材料拉力机、冲击实验仪等手段测试了复合材料的力学性能, 并对三元复合体系的增韧机理进行了探讨。结果表明, PC 连续相中形成了以AT 为核、PP 为壳的分散相。这种核2壳结构特征相包容粒子对PC 具有良好的增韧效果, 且强度较PP/ PC 二元共混体系有所提高。结合冲击断面形貌的SEM 分析, 认为AT/ PP/ PC 三元复合体系中的增韧机制主要是界面脱粘、空化作用和AT 对分散相的增强作用。      

Flexible,High‐Wettability and Fire‐Resistant Separators Based on Hydroxyapatite Nanowires for Advanced Lithium‐Ion Batteries

Separators play a pivotal role in the electrochemical performance and safety of lithium‐ion batteries (LIBs). The commercial microporous polyolefin‐based separators often suffer from inferior electrolyte wettability, low thermal stability, and severe safety concerns. Herein, a novel kind of highly flexible and porous separator based on hydroxyapatite nanowires (HAP NWs) with excellent thermal stability, fire resistance, and superior electrolyte wettability is reported. A hierarchical cross‐linked network structure forms between HAP NWs and cellulose fibers (CFs) via hybridization, which endows the separator with high flexibility and robust mechanical strength. The high thermal stability of HAP NW networks enables the separator to preserve its structural integrity at temperatures as high as 700 °C, and the fire‐resistant property of HAP NWs ensures high safety of the battery. In particular, benefiting from its unique composition and highly porous structure, the as‐prepared HAP/CF separator exhibits near zero contact angle with the liquid electrolyte and high electrolyte uptake of 253%, indicating superior electrolyte wettability compared with the commercial polyolefin separator. The as‐prepared HAP/CF separator has unique advantages of superior electrolyte wettability, mechanical robustness, high thermal stability, and fire resistance, thus, is promising as a new kind of separator for advanced LIBs with enhanced performance and high safety.     

聚苯胺/聚乙烯醇复合膜的性能研究

采用聚乙烯醇为基质材料制备了聚苯胺/聚乙烯醇(PANI/PVA)复合膜,讨论了PANI与PVA质量比、膜干燥温度对复合膜性能的影响,并对PVA膜、HCl掺杂PANI膜以及PANI/PVA复合膜的拉伸断裂强度、断裂伸长率、电导率以及热稳定性作了比较。结果表明:PVA膜的拉伸断裂强度、断裂伸长率最强,但是电导率最小;PANI/PVA复合膜电导率最大,其拉伸断裂强度、断裂伸长率比未加PVA的HCl掺杂PANI膜都得到了大大提高。在180℃之前,PVA膜最稳定,HCl掺杂PANI膜稳定性最差;在260℃之后,HCl掺杂PANI膜最稳定,PVA膜稳定性最差。