天絲基鋰離子電池隔膜的制備與研究.pdf

1、鋰離子電池與其它電池相比具有比能量高、可二次充放電、使用壽命長(zhǎng)、工作電壓高、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，如今已被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、移動(dòng)電腦及其它移動(dòng)電子設(shè)備上。聚烯烴隔膜是目前鋰離子電池應(yīng)用較成熟的隔膜，但其親液性差、不耐高溫等缺點(diǎn)制約著鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。
　　為改善鋰離子電池隔膜的親液性，結(jié)合無紡布可靈活選擇原料、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，以及濕法抄造工藝靈活、成型均勻等優(yōu)勢(shì)，本文提出以天絲纖維為原料，同時(shí)濕法成形來制備無紡布鋰離子電池隔膜的工

2、藝路線。首先研究打漿工藝對(duì)天絲原纖化效果的影響，確定合適原纖化處理工藝，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了無紡布克重對(duì)隔膜厚度等性能的影響，并進(jìn)一步研究在天絲中混入PET熱粘合纖維的改善效果，最后研究了涂層后整理對(duì)隔膜高溫閉孔效果的影響，并對(duì)比研究了隔膜的電池循環(huán)充放電和倍率特性，得出以下結(jié)論：
　?。?）打漿能實(shí)現(xiàn)天絲纖維的原纖化。隨著打漿時(shí)間增長(zhǎng)，纖維漿打漿度持續(xù)上升，在120min達(dá)到最大值72°RS。纖維質(zhì)量分析結(jié)果顯示，隨打漿時(shí)間增

3、加，纖維數(shù)量明顯增多，纖維平均粗度總體上呈減小趨勢(shì)。經(jīng)過打漿后，彎曲纖維和細(xì)小纖維的比例明顯上升。
　?。?）將不同打漿處理時(shí)間的天絲纖維通過濕法抄造成無紡布。隨打漿處理時(shí)間的增長(zhǎng)，天絲無紡布抗張強(qiáng)度逐漸增大，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小。經(jīng)過150min處理的天絲纖維無紡布力學(xué)性能最好，最大拉伸斷裂強(qiáng)力為2.15N，120min處理的天絲纖維無紡布次之，為2.02N。天絲無紡布的厚度隨處理時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，40g/m2的天絲濕法無紡布

4、厚度最小可以達(dá)到159.9um。
　?。?）當(dāng)純天絲無紡布克重為10g/m2和5g/m2時(shí)，其厚度分別為38.4um和25.2um，基本滿足鋰離子電池隔膜的厚度要求。5g/m2純天絲無紡布均勻性較差，其最大孔徑可達(dá)638.16um。克重在10g/m2及以上的純天絲無紡布最大孔徑為4.00um左右，離電池隔膜要求仍有一定距離，但可通過后續(xù)涂層處理以使孔徑達(dá)到要求。純天絲無紡布的吸液性能和保液性能優(yōu)良，明顯優(yōu)于商業(yè)PE隔膜。但該材料濕

5、強(qiáng)較差，有待改進(jìn)。
　?。?）為改善材料濕強(qiáng)，本文在天絲中混入PET纖維，并對(duì)不同配比的天絲/PET無紡布進(jìn)行了厚度、強(qiáng)力和吸液性等性能測(cè)試。發(fā)現(xiàn)隨著無紡布中PET纖維含量的增加，其厚度有所增大，材料強(qiáng)力隨PET含量增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。含25％PET的混合無紡布強(qiáng)力最大，為2.72N；含50%PET的混合無紡布強(qiáng)力為2.18N，均優(yōu)于純天絲無紡布。天絲/PET無紡布與純天絲無紡布相比，吸水性能增強(qiáng)，保液性能變差。

6、　?。?）熱軋?zhí)幚砗螅瑹o紡布中的PET纖維發(fā)生熔融變形，天絲纖維受溫度和壓力作用也發(fā)生一定形變，布面也由于受到熱軋作用而變得平整，纖維間的縫隙減小，無紡布的密度增加，結(jié)構(gòu)更加緊密。經(jīng)熱軋后，無紡布厚度減小、孔徑減小、吸液率減小、強(qiáng)度增大。當(dāng)熱軋條件為180℃、20s、2MP使無紡布厚度為24.1um、孔隙率37.6%、強(qiáng)力4.12N，平均孔徑為1.49um。該條件下熱軋無紡布綜合性能最優(yōu)。
　?。?）以Al2O3顆粒和PE微粉所制

7、備的兩種涂層均能減小材料孔徑。商業(yè)電池隔膜平均孔徑經(jīng)涂層后從3.10um下降為0.17um和0.30um。熱軋?zhí)旖z/PET無紡布經(jīng)涂層后孔徑由1.49下降為0.13um和0.23um。但涂層后隔膜的孔隙率有所下降。所制隔膜熱穩(wěn)定性較好，熱收縮率小。涂層中的PE微粉使隔膜在120℃具有溫控閉孔性能。閉孔后隔膜形狀不發(fā)生明顯變化，通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，隔膜表面被溶化后的PE微粉而完全覆蓋，有助于提高電池的安全性能。經(jīng)涂層后隔膜的親水性提高