溶膠-凝膠技術(shù)(SiO-,2-Gel)改性聚烯烴隔膜的研究.pdf

1、聚烯烴纖維具有機(jī)械性能好、耐酸堿腐蝕性好、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有吸液性差和熱收縮性強(qiáng)等缺點(diǎn)，是目前鋰電池隔膜等應(yīng)用領(lǐng)域改性研究的熱點(diǎn)。
　　 論文通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析了影響溶膠穩(wěn)定性的各種因素，并制備出相對(duì)穩(wěn)定的氧化硅溶膠。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響氧化硅溶膠穩(wěn)定性因素權(quán)重大小為溫度>乙醇>水>H+、DMF，優(yōu)化因素后權(quán)重大小為乙醇>水>溫度，利用最佳因素水平搭配制得溶膠可穩(wěn)定存放35天。粒徑分析發(fā)現(xiàn)，影響溶膠穩(wěn)定性的關(guān)鍵是溶膠顆粒大小及分布狀

2、況。穩(wěn)定性溶膠制的的干凝膠經(jīng)計(jì)算得孔隙率為89.3%，為優(yōu)良的多孔材料。
　　 論文在掃描電鏡和紅外光譜分析的基礎(chǔ)上，提出了四種關(guān)于氧化硅凝膠和纖維結(jié)合的理論模式:機(jī)械連接理論、化學(xué)鍵理論、擴(kuò)散理論和次價(jià)力理論。
　　 凝膠改性聚烯烴隔膜在力學(xué)上發(fā)現(xiàn):平均斷裂強(qiáng)力由103.6N提高到106.3N，其分布更為集中；平均斷裂伸長(zhǎng)率由23.6%減小到21.2%，表明柔性下降，且分布也趨于集中。厚度測(cè)試表明隔膜經(jīng)溶膠工藝后由0.

3、189mm下降到0.185mm。透光率和孔隙率實(shí)驗(yàn)表明氧化硅凝膠涂層使得隔膜的大孔隙數(shù)量減少，小孔隙含量增多，孔隙率有所降低。原子力顯微鏡(AFM)力-距離曲線反映了纖維表面的模量有所提高，與斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)試結(jié)果相一致。X射線衍射(XRD)測(cè)試結(jié)果表明，無(wú)定形的氧化硅凝膠涂層使得聚烯烴結(jié)晶峰強(qiáng)度大大下降，并且向右偏移，且各峰偏移量不同，復(fù)合體表面結(jié)晶度下降意味著隔膜熱收縮也會(huì)隨之降低。
　　 論文重點(diǎn)研究了凝膠涂層對(duì)聚烯烴隔膜熱

4、性能的影響。燃燒現(xiàn)象的差異導(dǎo)致凝膠涂層與纖維結(jié)合的表征研究，掃描電鏡(SEM)圖片顯示凝膠涂層在光滑或有凹坑纖維表面形成一層薄膜或顆粒層，在纖維之間也充滿塊狀凝膠；AFM圖片顯示凝膠顆粒堆集于纖維表面，對(duì)纖維表面的凹痕起到填平作用，使得不同纖維表面形貌趨于一致；紅外光譜分析，凝膠涂層聚烯烴隔膜同時(shí)含有聚丙烯及聚乙烯的紅外吸收峰，也含有氧化硅紅外吸收峰，化學(xué)上證實(shí)了兩者的結(jié)合；差熱掃描量熱(DSC)測(cè)試在125℃和160℃附近出現(xiàn)吸熱峰，

5、證實(shí)了隔膜中聚乙烯和聚丙烯的存在，而凝膠涂層聚烯烴隔膜的熱焓值相對(duì)原隔膜在各吸收峰處分別提高171.8%、155.0%和142.4%，表明凝膠的加入使得隔膜吸熱量增多，提高了隔膜的熱安全性能。
　　 電化學(xué)性能測(cè)試表明，凝膠涂層使得隔膜的吸液速率和保液率都相對(duì)提高，隔膜的充放電循環(huán)次數(shù)120h內(nèi)相對(duì)增加2次，隔膜的充放電效率也有所提升，放電容量相對(duì)更為集中且穩(wěn)定，證實(shí)凝膠涂層在提高隔膜機(jī)械性能的同時(shí)，也優(yōu)化了其電化學(xué)性能。