硅藻土在锂离子电池隔膜中的应用研究

发布时间：2021-03-28 01:20

　　隔膜作为锂离子电池的重要组成部分之一,其性能直接影响着电池的放电比容量、循环稳定性以及寿命等。聚烯烃类隔膜是目前市场上应用最广泛的一种锂离子电池隔膜,但由于其孔隙率较低,对电解液的亲和性较差以及热稳定性不高等缺点,使电池的性能在一定程度上受到了限制且具有安全隐患。因此,开发出能够替代聚烯烃类隔膜的高性能隔膜对提高锂离子电池性能具有重要意义。为了提高隔膜的孔隙率和热稳定性,本文首先采用耐热性更佳的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）无纺布作为隔膜基体,采用具有多孔结构的硅藻土作为涂覆材料,制备复合隔膜。研究了涂层中硅藻土的含量对复合隔膜性质和电池电化学性能的影响。实验结果表明,涂层中硅藻土含量的增加有利于改善复合隔膜的孔结构,进而提高隔膜的孔隙率、吸液率以及离子电导率,当硅藻土含量为80 wt%时达到最大值,分别为63.8%,0.866 g cm^-3和1.43 mS cm^-1。硅藻土与电解液具有良好的亲和性,能够改善隔膜的润湿性。同时,硅藻土提高了隔膜的热稳定性,在160℃下热处理0.5 h后,硅藻土含量为80 wt%的复合隔膜仅收缩1.17%,与P... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池的工作原理

第1章绪论5面而制备得到的一种复合隔膜，如图1.2所示[31]。图1.2无机-有机复合隔膜结构示意图Figure1.2Schematicillustrationofinorganic-organiccompositeseparatorstructure无机颗粒通常具有较好的耐高温性，将其涂覆在聚烯烃类隔膜的表面可以提高隔膜的热稳定性[32]，另外，非极性的聚烯烃类隔膜与极性的有机电解液之间润湿性较差，涂覆在表面的无机颗粒由于其自身携带的极性官能团以及较大的比表面能，可以改善隔膜与电解液之间的亲和性[33]，同时，由无机颗粒堆积形成的曲折的间隙孔也有助于保留电解液，从而提高复合隔膜的吸液率。当使用无纺布隔膜作为复合隔膜的基体时，尺寸较小的无机颗粒可以填充在无纺布隔膜较大的孔隙中，达到降低隔膜孔径尺寸的目的，同时，无机颗粒涂层在增强隔膜与电解液亲和性的同时也有助于复合隔膜热稳定性的提升[34,35]。1.2.2锂离子电池隔膜的工作原理锂离子电池隔膜是一种具有多孔结构的薄膜，是电池中除正负极和电解液之外的重要组成部分，起到隔绝正负极的作用，防止正负极直接接触造成电池短路，为电池提供安全保障。同时，在电池的充放电过程中，隔膜需要为锂离子在正负极之间的传输提供通道，因此需要隔膜具有较高的孔隙率和均匀分布的孔结构。在锂离子电池的充电过程中，锂离子从正极材料中脱嵌出来，通过电解液经过隔膜传输到负极，嵌入负极材料中；放电过程则与此相反。同时，电子在电池外部传输，并与电池内部的离子传输形成闭合的回路。

第1章绪论7的传递。然而，孔隙率过高会导致隔膜的强度降低，因此，一般锂离子电池隔膜的孔隙率为40%-60%较为合适。（4）透气性隔膜的透气性用Gurley值表示，它是指在给定压力下，一定体积的空气通过确定面积的隔膜所需要的时间。Gurley值越小，隔膜的透气性越好。隔膜的透气性与其厚度、孔径、孔隙率和孔的曲折度均有关，关系如下式表示[36]：d1018.5t23urLG………………………………(1.1)其中，tGur为隔膜的Gurley值，η为孔的曲折度，L为隔膜厚度，ε为隔膜孔隙率，d为孔径。可见，隔膜的Gurley值与其孔隙率成反比，与孔的曲折度成正比。3.润湿性锂离子电池隔膜的润湿性体现了隔膜与电解液的亲和性，润湿性好，则隔膜更容易被电解液润湿且可以吸收并保留更多的电解液，可以有效地减少电解液在组装以及使用过程中的损失。通常表征隔膜润湿性的方法有分析隔膜接触角和将一滴电解液滴在隔膜上观察其润湿情况两种，如图1.3所示[37]。图1.3隔膜的（a）电解液润湿情况照片和（b）接触角照片Figure1.3(a)Liquidelectrolytewettingimagesand(b)contactangleimagesoftheseparators


本文编号：3104607