聚合物隔膜在锂离子电池中的研究进展

聚合物隔膜种类繁多,不同的隔膜具有不同的物理及化学性能。从聚烯烃隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚醚醚酮隔膜和其他聚合物隔膜四个方向出发,探讨了聚合物隔膜的研究进展,并对聚合物隔膜的未来发展进行了展望。

锂离子电池凝胶聚合物隔膜的研究进展

作为锂离子电池重要组分,隔膜由多孔聚烯烃高分子材料组成;电解质体系由有机碳酸酯和六氟磷酸锂混合组成,虽具有高离子电导率,但因液态碳酸酯的易燃特性给锂离子电池带来了安全隐患。利用能够将液态电解质体系凝胶化的聚合物制备得到的凝胶聚合物隔膜,结合了液态电解质体系高电导率和固态电解质高安全性的优点。凝胶聚合物隔膜的研究从简单微孔凝胶聚合物隔膜开始,经历了引入少量纳米无机颗粒的掺杂凝胶聚合物隔膜,到引入大量纳米颗粒的凝胶陶瓷隔膜的发展历程。本文详细介绍这三种类型凝胶聚合物隔膜的物理化学特性,最后展望凝胶聚合物隔膜的发展趋势。

二次锂电池用PVDF-HFP/SiO_2复合聚合物隔膜的研究

采用倒相法制备了二次锂电池用的聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物(PVDF-HFP/SiO2)隔膜,测定了它的吸液率、电导率、机械强度等性能,并通过扫描电镜对其形貌进行了分析。研究结果表明:PVDF-HFP/SiO2隔膜具有较高的吸液率、电导率和韧性,电解质吸收率达184.4%,室温电导率为1.20 mS/cm,断裂伸长率高达163%。利用PVDF-HFP/SiO2隔膜装配的二次锂电池的首放比容量为834.8 mAh/g,第40次的放电比容量达到400 mAh/g,循环效率达到99.8%以上,表现出良好的电化学性能。

纳米SiO_2对聚合物隔膜的影响

采用相转化法,制备了添加10%(质量比)纳米SiO2的复合聚合物隔膜和未加纳米材料的隔膜。通过XRD、DSC、FTIR和SEM等方法,对隔膜形貌和结构进行了研究,分析了隔膜孔结构形成的机理。与未加纳米材料的隔膜相比,复合隔膜具有较致密的结构,使机械性能有所改善,最大伸长率和断裂强度分别提高了16%和11%。在室温下,复合隔膜的离子电导率接近1×10-3S/cm,满足锂离子电池应用的要求。未加纳米材料的隔膜样组装的样品电池循环5次后发生短路;复合隔膜组装的样品电池的电化学性能和循环性能良好,首次充放电效率为86.6%,循环20次后仍有99.3%。

多孔复合聚合物隔膜的制备及其电化学性质

采用倒相法制备了以Celgard2300隔膜为支撑体的多孔复合聚合物隔膜。通过扫描电镜对隔膜形貌进行分析,研究了干法和湿法制膜过程中孔洞形成的机理。和Celgard2300相比,复合隔膜具有较高的吸液率和保液性:湿法制备的复合隔膜吸PC(碳酸丙二醇酯)量最高,可达到自重的246%。而且放置14d后,PC损失为9%,能有效地防止漏液发生。通过交流阻抗测量,湿法的复合隔膜室温电导率达1.34×10-3S·cm-1。用复合隔膜装配电池,初次充放电效率均>86%,并且有良好的机械强度,可满足锂离子二次电池的应用要求。

PVDF/PMMA/PEG型聚合物隔膜的制备

为提高锂离子电池聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物隔膜对电解液体系的亲和性和导电性,引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混,并添加有机增塑剂聚乙二醇PEG-400对PVDF基聚合物隔膜进行改性研究。采用先干法后湿法的相转化方法制备PVDF/PMMA/PEG型聚合物隔膜。通过对制备的聚合物隔膜的孔隙率、吸液率、微观形貌和电化学性能的分析研究,确定制膜的最佳工艺条件为聚合物占溶剂质量百分比为8%,PVDF∶PMMA=7∶3,增塑剂含量为30%,非溶剂含量为3%,反应温度为45℃,在此最佳工艺条件下制备的PVDF/PMMA/PEG隔膜的离子电导率可达2.848 m S/cm,对电解液体系的亲和性和导电性得到显著提高。

PVDF/PMMA/PEG/TiO_2型聚合物隔膜的制备

为提高锂离子电池聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物隔膜的导电性和降低PVDF基聚合物隔膜的结晶度,引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混,掺杂有机添加剂PEG和无机纳米材料TiO_2,采用相转化方法制备PVDF/PMMA/PEG/TiO_2型聚合物隔膜。通过对制备的PVDF/PMMA/PEG/TiO_2型多孔膜吸液率、离子电导率、微观形貌和电化学性能等的分析研究,确定制膜的最佳工艺条件为聚合物浓度为8%,PMMA占聚合物质量百分比为30%,PEG含量为30%,纳米TiO_2含量为5%,C2H5OH含量为3%,反应温度为45℃。该最优方案下制备的多孔膜结晶度较纯PVDF薄膜结晶度降低,多孔膜吸液率达345%,离子电导率达5.2mS/cm,拉伸强度为1 183kg/cm^2,电化学稳定窗口为4.68V,高于4.5V,能够满足锂离子电池正常工作需要。

PVDF/PMMA/TiO2型聚合物隔膜的制备

为提高锂离子电池聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物隔膜的导电性和降低PVDF基聚合物隔膜的结晶度,引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与聚偏氟乙烯(PVDF)进行共混,掺杂无机纳米材料TiO_2,采用相转化方法制备PVDF/PMMA/TiO_2型聚合物隔膜。通过对制备的PVDF/PMMA/TiO2型多孔膜吸液率、微观形貌和电化学性能的分析研究,确定制膜的最佳工艺条件为聚合物浓度为5%,PVDF∶PMMA为72∶28,纳米TiO_2添加量为5%,非溶剂添加量为3%,水浴温度为55℃。该方案下制备的多孔膜结晶度较纯PVDF薄膜结晶度降低,吸液率达到109.76%,离子电导率为2.64mS/cm,电化学稳定窗口为4.86V,高于4.5V,能够满足锂离子电池正常工作需要。

锂离子电池用聚合物隔膜研究进展

锂离子电池具有轻巧、能量密度高、循环寿命长等优点,广泛用于便携式电子设备、电动汽车以及能量存储领域。隔膜作为锂离子电池的关键部件之一,承担着隔离正负极以防止电池短路、为锂离子自由穿梭提供通道的作用,决定了电池的安全性和电化学性能。常用的聚烯烃类隔膜具有良好的力学性能、化学稳定性及低廉的成本,但受自身耐热性差、电解液吸收率与保液率低的限制,难以满足锂离子电池的高安全性和高性能要求。文中从隔膜的制备工艺、表面改性、本征性能以及电化学活化4个方面,阐述了高性能锂离子电池用聚合物隔膜的研究进展,并展望其发展方向。

对利用聚合物隔膜电解氯化钠溶液过程的研究

目前,在电解中利用石棉和石棉聚合隔膜生产氯气和烧碱,但它们具有寿命短,电阻损失大和石棉致癌缺点.因此,最近进行研制以聚四氟乙烯为基础的聚合物隔膜工作,它在生产氯气和烧碱的工艺介质中具有很大稳定性.

锂离子电池凝胶聚合物隔膜及功能电解质的设计与制备技术：促进新能源产业发展

时间的车轮在滚滚前行，科技在不断创新。它深入到我们日常生活中的每一个细节，持续不断地提高我们的生活水平，改变着社会大环境和世界格局，推动着人类社会的进步。作为发展中国家，中国要屹立于世界优秀名族之林更离不开科学技术的支撑。十八大把科技创新摆在国家发展全局的核心位置，使科技创新真正成为我国经济社会发展的内生动力。在建设创新型广东的热潮中，在政府的大力扶持下，企业、高校、科研机构并肩前行，经过各方的共同努力，取得了丰盈硕果。今年，广东省共有26个项目获得国家科技奖励；共计有280个项目获得2012年度省科学技术奖。为宣传报道我省的科研成果，打造优秀成果展示平台，本刊特设置“青苹果”栏目，为“青苹果”转化成引领未来发展的“红苹果”略尽绵力。

锂离子电池关键材料聚合物隔膜将实现国产化

锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全无公害和快速充、放电等优点．可广泛用于便携式电子产品，如手机、笔记本电脑、摄录机等所需的充电电池，还可以作为环保型电功汽车和混合动力车所需的动力电源，以及用作航空航天、探海作业等领域中有关设备的充电电源。

无机物对锂电池聚合物电解质的影响

在倒相法制膜的基础上,添加两种不同的无机添加剂,制备出用于锂二次电池的复合型聚合物隔膜,并对其进行了形貌分析和电化学测试。通过吸液实验分析,添加SiO2、分子筛的复合隔膜有较高的孔隙率,能满足锂二次电池的要求。

干/湿相转化法制备复合型聚合物电解质的研究

采用干 /湿相转化法制备了用于锂离子电池的复合型聚合物隔膜。通过扫描电镜和吸液实验研究了添加不同无机纳米粉料对由该法制得的聚合物隔膜孔径及结构的影响。用 8种隔膜组装了电池 ,测试了其电化学性质。结果证实无机纳米材料的加入导致了隔膜形成后在孔径大小、孔径分布和孔隙率等结构参数上的差异 ,添加无机纳米材料的隔膜具有适宜的孔结构和较好的充放电性能 。

增塑剂DBP对PVDF-HFP聚合物膜性能的影响

采用Bellcore制膜法制备了锂离子电池用PVDF-HFP共聚物型多孔聚合物隔膜;研究了增塑剂DBP对该聚合物膜的离子电导率、电化学稳定窗口的影响.研究表明,随增塑剂含量增大,离子电导率不断提高,在增塑剂与溶剂体积比大于等于20%时,离子电导率可达10^-3S·cm^-1;在增塑剂与溶剂体积比为10%～30%时,该聚合物膜的电化学稳定窗口在4.3 V以上,均能满足锂离子电池的要求,并且随增塑剂含量的增大,电化学稳定窗口先增大后减小,在比值为20%时达到最大,为5.3 V左右.

MCM-41介孔分子筛掺杂的微孔型聚合物电解质的制备与表征

以介孔分子筛MCM-41作填料,丙酮与二甲基甲酰胺混合液为溶剂,用直接造孔成膜的方法制备了微孔型聚合物电解质膜.该法避免使用造孔增塑剂,既简化了制膜工序,又减少电池中副反应的发生,使电池性能得以提高.MCM-41分子筛具有六方有序排列的单一柱状孔道结构和纳米级的粒子尺度,其骨架结构单元与一般聚合物电解质常用的纳米SiO2填料具有相同的化学成分,该分子筛堆积时形成的表面空隙及其独有的一维介孔孔道对聚合物电解质微孔的形成与连通、电导率的提高都具有重要作用,是一种极具实用价值的新型无机填料.

用聚合隔膜电解氯化钠溶液过程的研究

在当今用隔膜法生产氯碱中多半采用石棉隔膜和石棉聚合隔膜。这些隔膜的共同缺点是寿命短(逐次降低阳极和阴极的寿命)相当厚的膜会导致电阻增大,况且石棉又是致癌物。因此。

聚乙烯醇/硅酸镁锂碱性电池隔膜制备及表征

用溶液浇铸法制备含有聚乙烯醇(PVA)/硅酸镁锂(MLS)的有机无机复合碱性电池隔膜。采用扫描电镜、交流阻抗技术研究(PVA)/MLS复合隔膜的特性。在室温时(23℃),PVA/MLS复合隔膜离子电导率最高可达4.6×10-2S/cm。以PVA/MLS复合隔膜为隔膜组装氢镍电池,当以1倍率充放电时,在1.10～1.25 V有放电平台出现,电池经过300个循环后,放电效率仍然有91%,表明聚PVA/MLS复合隔膜的电化学性能很稳定。

LFP/C掺杂型PVDF-HFP隔膜及其电化学性能研究

本论文向聚偏氟乙烯-六氟丙烯中添加磷酸铁锂纳米颗粒制备得到PVDF-HFP/LFP复合隔膜材料。通过这种掺杂改性,提升了隔膜的吸液率,湿润性,热稳定性,以此提升电池的放电比容量和循环性能。电池正极使用经过碳包覆的磷酸铁锂材料,负极使用金属锂片,通过制备的不同隔膜组装电池探究磷酸铁锂纳米颗粒的添加对PVDF-HFP隔膜性能的影响,并研究了不同比例的磷酸铁锂纳米颗粒对聚合物隔膜的影响。

锂电池隔膜生产技术现状与研究进展

综述了锂离子隔膜的主要作用及性能、国内外研究与发展现状。重点阐述了隔膜的制备方法,干法隔膜、湿法隔膜和多层复合隔膜的制备原理、工艺及性能研究情况,介绍了纳米纤维涂覆隔膜、纳米陶瓷颗粒涂覆隔膜、纳米陶瓷颗粒掺杂复合隔膜等5种新型高性能动力锂电池隔膜的研究进展,展望了电池隔膜的未来发展前景。