摘要：锂离子电池具备能量密度大、自放电小、输出电压高等诸多优点,在电化学储能技术领域备受青睐,也是当前缓解...锂离子电池具备能量密度大、自放电小、输出电压高等诸多优点,在电化学储能技术领域备受青睐,也是当前缓解能源短缺问题的有效途径之一。隔膜作为锂离子电池有效组件,主要起到物理阻隔正负极、为锂离子的通过提供通道的作用。目前商业化锂离子电池用隔膜主要是聚烯烃类微孔膜,如PP隔膜、PE隔膜。但聚烯烃隔膜对电解液润湿性差、吸液率低以及耐热性不足等缺点在一定程度上影响了电池的电化学性能和安全性能。因此,制备出对电解液有良好亲润性、较高的电解液吸液率,同时又具有良好热稳定性的高性能隔膜,对锂离子电池的发展具有重要意义。本文从两方面着手,一方面通过引入氧化铝、二氧化硅陶瓷颗粒对PP隔膜进行改性,制备Al2O3/PP、SiO2/PP复合隔膜;另一方面采用静电纺丝技术制备了PVA-SiO2纳米纤维膜。同时通过一系列表征对制备隔膜的物理特性及电化学性能展开研究。主要内容如下:（1）以氧化铝为掺杂粒子、聚乙烯醇为粘结剂对PP隔膜进行改性,制备得到Al2O3/PP复合隔膜。采用X射线衍射、扫描电子显微镜（SEM）、差式扫描量热仪（DSC）、电池测试系统等对改性前后隔膜的形貌、润湿性、热稳定性和电化学性能进行表征。结果表明:在PP隔膜表面成功引入Al2O3/PVA涂层后,亲液性和耐热性以及电化学性能有所改善,吸液率由98%提高到203%,在170℃下热处理0.5 h的热收缩率由46.1%减小至24.4%,不同倍率下改性隔膜组装的电池的放电比容量高于原隔膜组装的电池的放电比容量,0.5C倍率下循环100次后,改性隔膜组装的电池的容量保持率可达到90.34%。（2）采用溶胶凝胶法和浸涂法对PP隔膜改性,制备得到SiO2/PP复合隔膜。通过红外光谱（FTIR）、SEM、接触角和热重等表征手段研究了不同TEOS含量对于复合隔膜样品的结构、电解液润湿性和热稳定性的影响。结果表明:当TEOS含量为7.5 wt%时,复合隔膜具有多孔结构,其孔隙率为50.5%、电解液吸液率达到201.2%,在170℃下热处理0.5 h的热收缩率不到10%,表现出良好的综合性能。将其组装成纽扣电池在电化学工作站和电池测试系统上进行电化学测试,结果表明,该复合隔膜的电化学稳定窗口高达5.1 V,离子电导率为1.26 mS cm-1,同时具有良好的倍率性能和循环性能。（3）使用溶胶凝胶法和静电纺丝技术,制备得到PVA-SiO2纳米纤维膜。通过FTIR、SEM、接触角和DSC等一系列表征研究了样品的结构、电解液润湿性和热稳定性。并将制备样品用作隔膜组装成纽扣电池,通过电化学工作站和电池测试系统研究了电池的电化学性能。结果表明:PVA-SiO2纳米纤维膜具有独特的三维网状孔隙结构,其孔隙率高达73%,吸液率高达405%,在170℃下热处理0.5 h未见明显收缩。应用PVA-SiO2纳米纤维膜组装的电池具有足够的电化学稳定窗口,更高的离子电导率和优异的倍率及循环性能,在0.5C倍率下充放电循环100次,电池的放电比容量可达到129.5 mAh g-1,对应的库伦效率为99.8%,均高于同等条件下的PP隔膜。上述结果说明PVA-SiO2纳米纤维膜可作为电池隔膜应用在锂离子电池中。更多还原显示全部
