鋰離子電池無機復合隔膜的制備及其性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高能量功率密度和長循環(huán)壽命，在便攜式電子設備、電動汽車等領(lǐng)域被廣泛應用。在鋰離子電池中，隔膜置于正負極之間，起到隔絕正負極防止短路的作用，同時浸潤電解液使鋰離子在其中快速通過。聚烯烴微孔膜因其優(yōu)異的機械強度和化學穩(wěn)定性被廣泛應用于商品鋰離子電池中，但其較差的熱穩(wěn)定性和電解液潤濕性降低了電池安全性能和電化學性能。無機陶瓷隔膜具有極好的高溫尺寸穩(wěn)定性和電解液潤濕性，但其較大厚度增大了隔膜阻抗，降低電池體積能量密度，同時較差的韌

2、性導致其應用面狹窄。無機復合隔膜綜合上述兩類隔膜優(yōu)勢，同時具有良好的絕緣性能、熱穩(wěn)定性、電解液潤濕性和韌性，被認為是一種非常有應用前景的隔膜。
　　本論文為提高鋰離子電池的安全性能、電化學性能制備了多孔的Al2O3/PVDF隔膜、Al2O3/SBR隔膜和紙基Al2O3/SBR隔膜，利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)對隔膜的形貌進行測試分析、采用恒流充放電測試、交流阻抗法等手段對隔膜電化學性能進行系統(tǒng)研究分析。
　　首先，通過超

3、聲、研磨均勻混合Al2O3顆粒、粘結(jié)劑PVDF和溶劑NMP，通過流延法制備厚度為40μm、孔隙率為65％的Al2O3/PVDF隔膜。并使用相分離法，將濕膜置于去離子水中使PVDF發(fā)生非溶劑相分離反應析出形成凝固態(tài)，進一步降低Al2O3/PVDF隔膜厚度(20μm)并提高孔隙率至70％。兩種隔膜均極好的熱穩(wěn)定性和電解液潤濕性。其中相分離法制備的Al2O3/PVDF隔膜組裝LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2|石墨全電池，展現(xiàn)出優(yōu)異的電化

4、學性能。
　　其次，通過機械攪拌混合Al2O3顆粒、粘結(jié)劑SBR、分散劑PEG和溶劑H2O，采用流延法制備厚度為37μm、孔隙率為68％的Al2O3/SBR隔膜。使用水性粘結(jié)劑SBR及H2O使得制膜過程更環(huán)保。PEG的加入提高了懸浮液分散的穩(wěn)定性，隔膜成膜后使用H2O除去PEG提升隔膜孔隙率。Al2O3/SBR隔膜具有良好的韌性、浸潤性和熱穩(wěn)定性。使用Al2O3/SBR隔膜組裝LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2|石墨全電池，首

5、次放電容量達156mAh·g-1，0.5C循環(huán)100次后容量保持率為90.3％，8C下放電容量為127.5mAh·g-1。
　　最后，通過在宣紙上噴涂Al2O3/SBR混合漿料制備紙基Al2O3/SBR隔膜。對比Al2O3/SBR隔膜，制備的紙基Al2O3/SBR隔膜保留了Al2O3/SBR隔膜優(yōu)異的電解液潤濕性（接觸角0°）、熱穩(wěn)定性（130℃無尺寸收縮）和離子電導率(0.398mS·cm-1)，并提高了Al2O3/SBR隔膜的