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%。     

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。     

静电纺丝制备PMMA/PVDF锂离子电池隔膜

利用电纺法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)以及PVDF/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米纤维膜,用扫描电镜、红外光谱和热重等手段对纤维膜进行结构和性能表征,并测定了膜的孔隙率和吸液率。结果表明:当电压为20kV,接受距离为16cm,纺丝速率为0.001mm/s时,纺丝浓度为12%(质量分数),得到的纤维形貌较好。混合纺时PMMA加入没有改变PVDF原有的结构,复合隔膜的耐热温度达到470℃。PMMA/PVDF复合隔膜的吸液率和孔隙率整体提高且远远大于商业隔膜,其中PMMA/PVDF(4∶6)隔膜的吸液率和孔隙率分别达637%、67%,为最优。     

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。     

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%。      

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。     

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.     

静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂/聚酰亚胺锂离子电池隔膜复合材料的电化学性能

以3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐和4,4-二氨基二苯醚为原料合成聚酰胺酸（PAA）纺丝液,通过高压静电纺丝和热亚胺化制备聚酰亚胺（PI）纤维膜,然后将聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO₃Li）以高压静电纺丝和加热加压的方式覆盖在PI纤维膜表面,制备EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料。通过FTIR、SEM、万能拉伸试验仪、接触角测试仪和IM6型电化学工作站对EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料的性能进行测试与表征。结果表明：EVOH-SO₃Li/PI锂离子电池隔膜复合材料具有较清晰的三维网状结构,与PI隔膜相比,纤维间粘连现象明显增加,在降低孔隙率同时,吸液率和拉伸强度分别提高至521%和12.83 MPa,并表现出较好的热收缩稳定性、高温闭孔性能和电化学性能。其中电化学稳定窗口从5.5 V提高至5.8 V,界面阻抗从360 Ω降低至315 Ω,离子电导率从2.416×10^-3 S/cm提高至3.672×10^-3 S/cm。     

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-HFP/LLTO复合锂离子电池隔膜的电化学性能研究

通过溶剂热合成法合成了平均粒径为69.4nm的钙钛矿型快锂离子导体-钛酸镧锂(LLTO),以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为基体材料,掺杂不同含量的LLTO纳米颗粒,利用静电纺丝法制备PVDF-HFP/LLTO复合锂离子电池隔膜。考察分析了LLTO的含量对复合纳米纤维膜的表面形貌、热学性能及电化学性能的影响。研究结果表明,当LLTO的质量掺入量为15%时,该复合隔膜的电解液吸液率为249%,可达到商业隔膜(140%)的1.8倍,离子电导率达2.483×10~(-3)mS/cm;组装成电池后,首次放电比容量高达213mAh/g,显示出优异的电化学性能。     

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。     

热压改性电纺聚偏氟乙烯隔膜研究

采用静电纺丝方法制备聚偏氟乙烯(PVDF)锂离子电池隔膜,将其热压处理,探讨纤维直径、热压处理参数对隔膜力学性能、孔隙率和吸液率的影响。结果表明:在145℃、0.04MPa的条件下热压处理2h,直径约为800nm的隔膜拉伸强度为16.6MPa,孔隙率为18.9%,吸液率为260.7%;纤维直径在200~800nm的隔膜,直径越大,孔隙率越大,吸液率也越大。     

玻璃纤维布/聚偏氟乙烯复合膜的制备与性能研究

通过在玻璃纤维布表面涂覆聚偏氟乙烯/硅烷偶联剂(PVDF/KH550)(质量比9∶1)粘接剂,将无机玻璃纤维与有机PVDF纤维进行复合,制得玻璃纤维/PVDF复合膜。将不同浓度(8%(wt,质量分数,下同)、10%、12%、14%)的涂覆液分别制备复合膜,表征复合膜表面形貌、抗拉强度、吸液率、孔隙率和离子电导率、电化学稳定性和锂电池放电比容量。对比得出最佳涂覆液浓度10%,此时抗拉强度为35.70MPa,吸液率为177.65%,孔隙率为45.07%,锂离子传导率为0.2mS/cm。首次放电比容量为136mAh/g,在5C下复合膜的放电比容量比商用隔膜Celgard 2400高出47.3%。     

聚苯硫醚无纺布基耐高温复合电池隔膜的制备与性能

采用耐高温工程塑料聚苯硫醚(PPS)制备的无纺布为基底膜,聚偏氟乙烯(PVDF)和Si O2纳米粒子为表面涂覆材料构建耐高温复合电池隔膜(记作PVDF@Si O2/PPS)。研究发现,与商业隔膜PP/PE/PP相比,隔膜PVDF@Si O2/PPS具有较高的离子电导率和放电比容量。这主要与复合隔膜较高的孔隙率、透气性、较强的电解液浸润能力及吸液能力有关。另外,热处理实验结果表明,PPS无纺布基复合隔膜具有较强的耐热性,在250℃仍可保持较高的尺寸稳定性。可见,采用PPS无纺布构建电池隔膜为高功率高安全锂离子电池的开发提供了可能。     

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.     

高安全性PEO-Al2O3复合隔膜的制备及电化学性能

本工作以聚氧化乙烯(PEO)和氧化铝(Al_2O_3)为原料,利用刮涂法制备了一系列PEO-Al_2O_3复合隔膜,探索了Al_2O_3添加量对PEO-Al_2O_3复合隔膜的性能影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、热重分析(TG)及燃烧实验法对复合隔膜的形貌、元素分布、相组成、表面化学状态和热稳定性进行表征。通过线性扫描伏安法(LSV)、电化学交流阻抗法(EIS)、孔隙率测试和吸液率实验考察了复合隔膜的电化学窗口、离子电导率、孔隙率和吸液率。实验结果显示,PEO-Al_2O_3-90复合隔膜具有最高的离子电导率(1. 21×10~(-3)S/cm)、最大的吸液率(260%)、较好的热稳定性、较高的孔隙率(47%)以及较宽的电化学窗口(0～4. 8 V)。通过组装电池发现,PEO-Al_2O_3-90复合隔膜电池在电流密度为0. 1C时表现出较高的放电比容量、优异的循环稳定性以及较强的安全性。     

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。      

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。     

均苯型聚酰亚胺锂电池复合隔膜的电化学性能

为了替代传统的聚烯烃微孔膜,对均苯型聚酰亚胺(ODA/PMDA)复合锂电池隔膜进行了研究。制备的聚酰亚胺(PI)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)复合膜孔径在0.2μm左右,孔径大小适宜,孔径分布均匀;复合隔膜具有较高的孔隙率和离子电导率。PI/PET复合膜较好的耐热性,使复合膜组装的锂电池具有安全性和较好的电池性能。电池性能测试表明,复合膜组装的锂电池具有优良的放电容量保持率和大倍率放电性能。     

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。