编号：NMJS09522
篇名： 勃姆石改性聚烯烃锂离子电池隔膜的制备及性能研究
作者： 满袁鑫
关键词： 锂电池隔膜; 勃姆石; 分散剂; 涂覆; 共价接枝;
机构：青海大学
摘要： 锂离子电池具有体积小巧、高电压、高能量密度、低自放电率、无记忆效应、高比能、宽工作温度范围、快速大倍率充放电能力以及对环境污染小等众多优点,成为一种融合可再生资源与大功率应用于一体,且具有极大发展潜力的储能技术。隔膜作为锂离子电池的关键组成部分,不仅防止正负极直接接触引发短路,还为电解液中的锂离子在正负极间自由移动提供通道,支持电化学充放电过程。目前,多孔聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是常用的隔膜材料。尽管聚烯烃隔膜材料具有多项优势,但也存在明显缺点,如难以被电解液浸润,不利于电池性能;且PE和PP的熔点较低,在130至160℃时会发生收缩,易增加电池过热时的安全风险。为解决这些问题,本研究基于PE隔膜,采用无机涂覆和共价接枝改良技术,开发了一系列具有高安全性的改性聚乙烯隔膜。研究内容包括: (1)首先,通过调控反应p H值,成功制备出具有不同形态的勃姆石(γ-Al OOH)。结果分析表明,晶须状γ-Al OOH作为PE基膜的无机涂覆材料表现最佳。其次,采用浸渍涂覆法,制备了γ-Al OOH-聚乙二醇(PEG)/聚乙烯(PE)锂离子电池隔膜,其中以分子量为10000的PEG作为涂层中的分散剂。该Al OOHPEG/PE隔膜的孔隙率高达64%,显著高于PE隔膜的40%。即使在200℃下处理0.5h,该隔膜也能保持结构完整,展示出优异的稳定性和安全性。最终,组装的Al OOH-PEG/PE隔膜的锂离子半电池表现出优异的放电比容量保有率(5C倍率下为73.9%)和循环性能(2C倍率下400次循环后的保持率为96.9%),进一步证明了使用Al OOH-PEG/PE隔膜的电池具有显著增强的循环稳定性和倍率性能。 (2)针对陶瓷涂层会增加隔膜厚度并在充放电循环中脱落的问题,提出了一种共价接枝策略。通过在PE隔膜表面利用共价键固定功能化的纳米级γ-Al OOH晶须,制备了一种高效稳定的PE-Al OOH隔膜(PE-PDA-Al OOH)。与使用涂覆方法改性的隔膜进行对比,共价键增强了PE-PDA-Al OOH隔膜的界面稳定性,其-NH基团有助于电解液的吸附,促进锂离子的快速传播。组装的PE-PDAAl OOH隔膜的锂离子电池,在5C倍率下的放电比容量可达126m Ah/g,经400次充放电循环后仍保持97.1%的高容量保持率,表明PE-PDA-Al OOH隔膜通过共价键将Al OOH接枝至PE隔膜表面,解决了隔膜厚度增加及涂层脱落的缺陷,提升了循环稳定性。