长寿命及高功率锂离子电池用多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能层复合隔膜
发布时间：2021-06-08 07:46
隔膜是锂离子电池的重要组成部分,对隔膜进行材料及结构的优化可以提高锂离子电池的性能。通过在普通商用聚丙烯（PP）隔膜表面构建多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能层的方式获得了复合隔膜材料,通过涂布及常温液相处理的方法调控涂层的孔隙结构,使复合隔膜对电解液的吸附性能明显提高,功能层使复合隔膜具有优异的离子透过性和单侧（石墨烯层）导电性。与采用普通聚丙烯隔膜相比,功能层复合隔膜在低倍率（0.5 C）下的电极材料容量发挥相当。而在高倍率（5 C）下,功能层复合隔膜下,电池容量发挥非常突出,并且600次循环后的容量保持率接近100%,而采用常规PP隔膜,电池材料则容量快速衰减失效。
【文章来源】：新型炭材料. 2017,32(01)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜结构及工作原理示意图
嶙?甑慕?点)，L为隔膜的厚度(cm)，A为电极有效膜面积(cm2)(隔膜与电极接触面积)［27］。2．3电化学性能测试以磷酸铁锂为正极材料，锂片为对电极，电解液为1mol/LLiPF6(EC∶DMC=1∶1)，将不同隔膜装配成2032扣式电池，进行电化学性能测试，使用武汉金诺电源有限公司生产的蓝电电池测试仪(CT2001)进行测试。3结果与讨论3．1石墨烯/聚偏氟乙烯复合多孔涂层结构的形成过程石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜中功能层的多孔结构是水浴过程相转化而产生的(其作用原理、宏观形貌及典型微观形貌见图2)。图2(a)石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜在水浴中相转化原理示意图;(b)经相转化处理后的石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜宏观形貌;(c)经相转化处理后的石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜典型微观形貌Fig．2(a)Thephasetransformationprocessofgraphene/PVDFcompositeseparatorinwater;(b)macroscopicmorphologyofthegraphene/PVDFcompositeseparatorafterphasetransformationand(c)typicalSEMimageofthesurfacemorphologyofgraphene/PVDFcompositeseparator．在聚丙烯隔膜表面涂覆聚偏氟乙烯/聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯(聚合物体系)-N-甲基吡咯烷酮(良溶剂)复合浆料后，将其浸泡在水(非溶剂)中;N-甲基吡咯烷酮会与水发生相互扩散，聚乙烯吡咯烷酮是两亲性聚合物，溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚乙烯吡咯烷酮会阻碍N-甲基吡咯烷酮向水扩散，而利于水向膜中扩散，导致N-甲基吡咯烷酮的扩散速率降低，而水的扩散速率加快，当扩散达到一定程度时，使聚合物溶液达热力学不稳定状态，发生聚合物溶液的液一液相分离和液一固相分离(结晶作用)，析出的聚偏氟乙烯会自发的组装成纳米小球，并最终使聚合物固化成膜［31-35］。聚偏氟乙烯的析出、球
峁梗?欣?诶胱永┥⒑痛?肌Ｔ诮?现屑尤胧?墨烯涂覆形成的薄膜表面，可观察到由石墨烯微片构成的堆叠结构(图4c)，由于石墨烯微片的卷曲结构使的石墨烯层中存在天然的孔隙;而经过相转化处理后，会在石墨烯微片表面生成大量的纳米小球，均匀的分布在石墨烯片层表面和孔隙中(图4d)。纳米小球的存在可以粘附石墨烯，与石墨烯片层形成稳定的三维网络结构，不仅利于离子扩散，还能提高复合膜层的强度和附着力。利用3M胶带剥离法测试表明，利用上述方法制备的复合隔膜材料，其石墨烯层与PP隔膜基体之间具有良好的附着力。图3PVDF、PVDF-PL和G/PVDF-PL复合隔膜样品的XＲD谱图Fig．3XＲDpatternsofPVDF，PVDF-PLandG/PVDF-PLseparatorsamples．图4SEM照片:(a)聚丙烯隔膜;(b)G/PVDF-PL复合隔膜截面;(c)PVDF-DL复合隔膜;(d)PVDF-PL复合隔膜;(e)G/PVDF-DL复合隔膜;(f)G/PVDF-PL复合隔膜Fig．4SEMimagesofseparators:(a)PPseparatorsurface;(b)cross-sectionviewofG/PVDF-PLcompositeseparator;(c)surfaceofPVDF-DLcompositeseparator;(d)surfaceofPVDF-PLcompositeseparator;(e)surfaceofG/PVDF-DLcompositeseparatorand(f)surfaceofG/PVDF-PLcompositeseparator．3．3石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜的特性采用接触角测定仪测量电解液1mol/LLiPF6(EC∶DMC=1∶1)与不同隔膜之间的接触角。如图5a-e所示，聚丙烯隔膜表面涂覆聚偏氟乙烯后，隔膜·66·新型炭材料第32卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]Comparative study of different membranes as separators for rechargeable lithium-ion batteries[J]. Hong-yan Guan,Fang Lian,Yan Ren,Yan Wen,Xiao-rong Pan,Jia-lin Sun. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(06)
本文编号：3217985
【文章来源】：新型炭材料. 2017,32(01)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜结构及工作原理示意图
嶙?甑慕?点)，L为隔膜的厚度(cm)，A为电极有效膜面积(cm2)(隔膜与电极接触面积)［27］。2．3电化学性能测试以磷酸铁锂为正极材料，锂片为对电极，电解液为1mol/LLiPF6(EC∶DMC=1∶1)，将不同隔膜装配成2032扣式电池，进行电化学性能测试，使用武汉金诺电源有限公司生产的蓝电电池测试仪(CT2001)进行测试。3结果与讨论3．1石墨烯/聚偏氟乙烯复合多孔涂层结构的形成过程石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜中功能层的多孔结构是水浴过程相转化而产生的(其作用原理、宏观形貌及典型微观形貌见图2)。图2(a)石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜在水浴中相转化原理示意图;(b)经相转化处理后的石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜宏观形貌;(c)经相转化处理后的石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜典型微观形貌Fig．2(a)Thephasetransformationprocessofgraphene/PVDFcompositeseparatorinwater;(b)macroscopicmorphologyofthegraphene/PVDFcompositeseparatorafterphasetransformationand(c)typicalSEMimageofthesurfacemorphologyofgraphene/PVDFcompositeseparator．在聚丙烯隔膜表面涂覆聚偏氟乙烯/聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯(聚合物体系)-N-甲基吡咯烷酮(良溶剂)复合浆料后，将其浸泡在水(非溶剂)中;N-甲基吡咯烷酮会与水发生相互扩散，聚乙烯吡咯烷酮是两亲性聚合物，溶解在N-甲基吡咯烷酮中的聚乙烯吡咯烷酮会阻碍N-甲基吡咯烷酮向水扩散，而利于水向膜中扩散，导致N-甲基吡咯烷酮的扩散速率降低，而水的扩散速率加快，当扩散达到一定程度时，使聚合物溶液达热力学不稳定状态，发生聚合物溶液的液一液相分离和液一固相分离(结晶作用)，析出的聚偏氟乙烯会自发的组装成纳米小球，并最终使聚合物固化成膜［31-35］。聚偏氟乙烯的析出、球
峁梗?欣?诶胱永┥⒑痛?肌Ｔ诮?现屑尤胧?墨烯涂覆形成的薄膜表面，可观察到由石墨烯微片构成的堆叠结构(图4c)，由于石墨烯微片的卷曲结构使的石墨烯层中存在天然的孔隙;而经过相转化处理后，会在石墨烯微片表面生成大量的纳米小球，均匀的分布在石墨烯片层表面和孔隙中(图4d)。纳米小球的存在可以粘附石墨烯，与石墨烯片层形成稳定的三维网络结构，不仅利于离子扩散，还能提高复合膜层的强度和附着力。利用3M胶带剥离法测试表明，利用上述方法制备的复合隔膜材料，其石墨烯层与PP隔膜基体之间具有良好的附着力。图3PVDF、PVDF-PL和G/PVDF-PL复合隔膜样品的XＲD谱图Fig．3XＲDpatternsofPVDF，PVDF-PLandG/PVDF-PLseparatorsamples．图4SEM照片:(a)聚丙烯隔膜;(b)G/PVDF-PL复合隔膜截面;(c)PVDF-DL复合隔膜;(d)PVDF-PL复合隔膜;(e)G/PVDF-DL复合隔膜;(f)G/PVDF-PL复合隔膜Fig．4SEMimagesofseparators:(a)PPseparatorsurface;(b)cross-sectionviewofG/PVDF-PLcompositeseparator;(c)surfaceofPVDF-DLcompositeseparator;(d)surfaceofPVDF-PLcompositeseparator;(e)surfaceofG/PVDF-DLcompositeseparatorand(f)surfaceofG/PVDF-PLcompositeseparator．3．3石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜的特性采用接触角测定仪测量电解液1mol/LLiPF6(EC∶DMC=1∶1)与不同隔膜之间的接触角。如图5a-e所示，聚丙烯隔膜表面涂覆聚偏氟乙烯后，隔膜·66·新型炭材料第32卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]Comparative study of different membranes as separators for rechargeable lithium-ion batteries[J]. Hong-yan Guan,Fang Lian,Yan Ren,Yan Wen,Xiao-rong Pan,Jia-lin Sun. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(06)
本文编号：3217985
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