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一種綠色、低成本改性鋰離子電池隔膜的方法

更新時(shí)間:2021-03-02點(diǎn)擊次數(shù):1754

隔膜在鋰離子電池(LIB)中,對(duì)電池的安全性起著重要作用。目前,商業(yè)化的隔膜以聚烯烴為主。然而,聚烯烴隔膜由于其低的表面能而具有疏水表面,不能吸收較多的電解液使電池性能受到制約。此次開(kāi)發(fā)了一種成本低、綠色環(huán)保的隔膜改性方法,通過(guò)引入聚乙烯醇(PVA)來(lái)改善聚乙烯(PE)隔膜表面疏水的特性,并研究了其結(jié)構(gòu)與性能。

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樣品制備方法

改性PE隔膜的制備:首先將PE隔膜放入無(wú)水乙醇中浸潤(rùn),隨后放入1%w)的PVA去離子水溶液中浸泡,30 min后取出,用濾紙擦去隔膜上的殘留溶液。再將隔膜放入用稀鹽酸與去離子水調(diào)制的pH=2,戊二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的混合溶液中進(jìn)行交聯(lián),升至60 ℃反應(yīng)30 min,反應(yīng)完成后將隔膜于60 ℃烘干,后將隔膜放入去離子水中浸泡后再烘干,得到改性PE隔膜。

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表征儀器

KRÜSS DSA30S液滴形狀分析儀,表征隔膜改性前后接觸角和潤(rùn)濕性的變化。

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結(jié)果和討論

1、隔膜的表面形貌與孔隙率

從圖1可以看出:改性前后PE隔膜的微孔結(jié)構(gòu)分布均勻,有著大致相似的孔徑分布;改性前后PE隔膜的孔隙率沒(méi)有顯著降低,說(shuō)明PE隔膜經(jīng)過(guò)PVA交聯(lián)改性后微孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著改變,不影響隔膜在工作環(huán)境下的離子傳輸速率。

1-1.png 

1. 改性前后PE隔膜的SEM照片

2、親水性

為探究隔膜表面的親水性,進(jìn)行了瞬時(shí)水接觸角測(cè)試,改性PE隔膜的水接觸角明顯降低。PE隔膜的水接觸角為98.6°±2.7°,而改性PE隔膜的水接觸角為66.5°±1.8°,說(shuō)明改性PE隔膜的表面更親水,這是由于PVA的羥基被引入到了隔膜表面,降低了隔膜的表面能,且親水性的提高使隔膜對(duì)電解液的親和能力提高,從而提高了隔膜的離子電導(dǎo)率,使裝有隔膜的電池表現(xiàn)出良好的電池性能。

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2. 改性前后PE隔膜的接觸角

3、電池性能

對(duì)裝有兩種隔膜的電池使用恒流模式,在充放電倍率為1.0 C時(shí)進(jìn)行充放電,從圖可以看出:經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后,PE隔膜和改性PE隔膜分別保持了其原有放電容量的88.2%89.9%,說(shuō)明改性 PE隔膜的循環(huán)壽命提高。

1-3.png 

3. 改性前后PE隔膜的循環(huán)壽命

在較低的放電倍率(如0.5 C)下,兩組隔膜有著相近的放電容量,隨著放電倍率的增加,兩組隔膜的放電容量都有所下降,但改性PE隔膜的降幅較低,在放電倍率為10.0 C時(shí),改性前后隔膜的放電容量?jī)H為0.5 C放電倍率下放電容量的33.2%39.7%。當(dāng)放電倍率回到0.5 C時(shí),兩組隔膜的放電容量又回到了之前的水平。循環(huán)壽命與倍率容量的數(shù)據(jù)再次證實(shí)了PVA及其交聯(lián)產(chǎn)物的引入確實(shí)可以改善電池性能。

1-4.png 

4. 改性前后PE隔膜的倍率容量

結(jié)論

通過(guò)改性PE隔膜,提高了隔膜的親水性,改善了電池的循環(huán)壽命和倍率性能。

 

參考文獻(xiàn)

程序,汪志偉,張素梅,蘭芳,陳金耀,曹亞.聚乙烯醇交聯(lián)改性聚乙烯鋰離子電池隔膜的制備[J].合成樹(shù)脂及塑料,2021,381):22-26.

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