PVDF/类石墨相氮化碳电纺锂电池隔膜制备及性能
发布时间：2021-06-15 11:53
设计机械强度高、电化学性能好和绝缘性优良的锂电池隔膜具有重要意义。采用热缩聚法将类石墨相氮化碳（g-C3N4）与聚偏氟乙烯（PVDF）混纺制备了PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜,通过扫描电子显微镜、万能拉伸试验仪、热重分析仪、电化学工作站、电池测试系统对PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的微观形貌和性能进行测试与表征。考察了g-C3N4纳米片添加量对复合纤维隔膜的形貌、热稳定性、力学性能以及电化学性能等的影响。研究表明,当g-C3N4纳米片添加量为PVDF质量的5%时,纤维直径最小,力学性能最好且孔隙率最大为74.08%;提高其含量至15%时,吸液率达到最大为443.48%;当g-C3N4纳米片添加量为PVDF质量的10%时,复合纤维隔膜的离子电导率及电化学稳定窗口分别达到了1.15×10–3 S/cm...
【文章来源】：工程塑料应用. 2020,48(08)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同时间下PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的吸液率
采用切片机将纤维膜裁剪成直径为18 mm的圆片进行测试,图4为商用隔膜和PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热尺寸收缩图。商用隔膜在100℃时出现尺寸收缩,随着温度升高,隔膜收缩严重且变成透明状,至190℃时完全熔解。静电纺得到的PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜热稳定性良好,但添加含量为5%的g-C3N4的复合纤维隔膜出现明显收缩,收缩率为15%左右,导致纤维膜失效。温度达到190℃时,商用隔膜、纯PVDF隔膜、PVDF/15% g-C3N4复合纤维隔膜的收缩率分别为100%,22.0%,15.0%。g-C3N4纳米片的加入,抑制了纤维膜的热尺寸收缩,提高了尺寸热稳定性。图5为PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热失重(TG)和微商热重(DTG)曲线。由图5a可看出,PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜在450℃之前质量损失较小,说明此时纤维膜较稳定,受温度的影响小;当g-C3N4纳米片掺杂量超过10%时,复合纤维隔膜的5%热失重温度比纯PVDF纤维膜高10℃左右;温度达到600℃时,C0与C20的剩余质量相比降低了7%左右。结果表明,g-C3N4纳米片的加入对复合纤维隔膜的热失重影响不大。由图5b可知,在430℃之前,复合纤维隔膜的热失重速率约为零,说明此时纤维膜的质量损失较少,纤维膜耐热性能稳定;而在480℃附近,所有样品膜的失重速率达到峰值,此时C10样品膜的失重速率最大,约为3.75 %/℃。相较于PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜,当温度未到达480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率较快,但在温度高于480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率变慢,说明g-C3N4纳米片的添加提高了PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热稳定性。
图5为PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热失重(TG)和微商热重(DTG)曲线。由图5a可看出,PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜在450℃之前质量损失较小,说明此时纤维膜较稳定,受温度的影响小;当g-C3N4纳米片掺杂量超过10%时,复合纤维隔膜的5%热失重温度比纯PVDF纤维膜高10℃左右;温度达到600℃时,C0与C20的剩余质量相比降低了7%左右。结果表明,g-C3N4纳米片的加入对复合纤维隔膜的热失重影响不大。由图5b可知,在430℃之前,复合纤维隔膜的热失重速率约为零,说明此时纤维膜的质量损失较少,纤维膜耐热性能稳定;而在480℃附近,所有样品膜的失重速率达到峰值,此时C10样品膜的失重速率最大,约为3.75 %/℃。相较于PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜,当温度未到达480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率较快,但在温度高于480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率变慢,说明g-C3N4纳米片的添加提高了PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热稳定性。2.6 PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的电化学性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]Polymer-free electrospun separator film comprising silica nanofibers and alumina nanoparticles for Li-ion full cell[J]. Syed Danish Ali Zaidi,Chong Wang,Qinjun Shao,Jing Gao,Shengdong Zhu,Haifeng Yuan,Jian Chen. Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]聚酰亚胺电纺纤维膜的结构调控与性能研究[J]. 李彦明,晁敏,蒋润凯,穆志豪,周振君,颜录科. 化工新型材料. 2020(02)
[3]锂离子电池隔膜材料的制备及其研究进展[J]. 周晓吉,刘婷婷. 电池工业. 2019(05)
[4]共纺聚乙烯-乙烯醇锂-热塑性聚氨酯锂离子电池隔膜热力学及电化学性能[J]. 巩桂芬,曹景飞,邹明贵. 复合材料学报. 2020(05)
[5]静电纺PPEK/SiO2锂离子电池隔膜的制备及性能[J]. 刘落恺,唐萍,李隆伟,蹇锡高,宾月珍. 精细化工. 2019(10)
[6]静电纺丝聚芳醚砜酮锂离子电池隔膜的制备及热处理[J]. 龚文正,宋崇鑫,阮诗伦,申长雨. 高分子材料科学与工程. 2018(12)
[7]TiO2改性PVDF锂离子电池隔膜的研究[J]. 李琳,陈建,龚勇,刘平,代祖洋,辜其隆. 化工新型材料. 2018(12)
[8]熔融静电纺β-PVDF超细纤维隔膜的制备及性能[J]. 宁景霞,李柯,肖阳,魏取福,黄锋林. 高分子材料科学与工程. 2018(03)
[9]锂离子电池隔膜材料研究进展[J]. 王振华,彭代冲,孙克宁. 化工学报. 2018(01)
[10]静电纺PMMA/EVOH-SO3Li锂离子电池隔膜复合材料的制备及性能[J]. 巩桂芬,王磊,徐阿文. 复合材料学报. 2018(03)
本文编号：3231005
【文章来源】：工程塑料应用. 2020,48(08)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同时间下PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的吸液率
采用切片机将纤维膜裁剪成直径为18 mm的圆片进行测试,图4为商用隔膜和PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热尺寸收缩图。商用隔膜在100℃时出现尺寸收缩,随着温度升高,隔膜收缩严重且变成透明状,至190℃时完全熔解。静电纺得到的PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜热稳定性良好,但添加含量为5%的g-C3N4的复合纤维隔膜出现明显收缩,收缩率为15%左右,导致纤维膜失效。温度达到190℃时,商用隔膜、纯PVDF隔膜、PVDF/15% g-C3N4复合纤维隔膜的收缩率分别为100%,22.0%,15.0%。g-C3N4纳米片的加入,抑制了纤维膜的热尺寸收缩,提高了尺寸热稳定性。图5为PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热失重(TG)和微商热重(DTG)曲线。由图5a可看出,PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜在450℃之前质量损失较小,说明此时纤维膜较稳定,受温度的影响小;当g-C3N4纳米片掺杂量超过10%时,复合纤维隔膜的5%热失重温度比纯PVDF纤维膜高10℃左右;温度达到600℃时,C0与C20的剩余质量相比降低了7%左右。结果表明,g-C3N4纳米片的加入对复合纤维隔膜的热失重影响不大。由图5b可知,在430℃之前,复合纤维隔膜的热失重速率约为零,说明此时纤维膜的质量损失较少,纤维膜耐热性能稳定;而在480℃附近,所有样品膜的失重速率达到峰值,此时C10样品膜的失重速率最大,约为3.75 %/℃。相较于PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜,当温度未到达480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率较快,但在温度高于480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率变慢,说明g-C3N4纳米片的添加提高了PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热稳定性。
图5为PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热失重(TG)和微商热重(DTG)曲线。由图5a可看出,PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜在450℃之前质量损失较小,说明此时纤维膜较稳定,受温度的影响小;当g-C3N4纳米片掺杂量超过10%时,复合纤维隔膜的5%热失重温度比纯PVDF纤维膜高10℃左右;温度达到600℃时,C0与C20的剩余质量相比降低了7%左右。结果表明,g-C3N4纳米片的加入对复合纤维隔膜的热失重影响不大。由图5b可知,在430℃之前,复合纤维隔膜的热失重速率约为零,说明此时纤维膜的质量损失较少,纤维膜耐热性能稳定;而在480℃附近,所有样品膜的失重速率达到峰值,此时C10样品膜的失重速率最大,约为3.75 %/℃。相较于PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜,当温度未到达480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率较快,但在温度高于480℃时,纯PVDF纤维膜的失重速率变慢,说明g-C3N4纳米片的添加提高了PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的热稳定性。2.6 PVDF/g-C3N4复合纤维隔膜的电化学性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]Polymer-free electrospun separator film comprising silica nanofibers and alumina nanoparticles for Li-ion full cell[J]. Syed Danish Ali Zaidi,Chong Wang,Qinjun Shao,Jing Gao,Shengdong Zhu,Haifeng Yuan,Jian Chen. Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]聚酰亚胺电纺纤维膜的结构调控与性能研究[J]. 李彦明,晁敏,蒋润凯,穆志豪,周振君,颜录科. 化工新型材料. 2020(02)
[3]锂离子电池隔膜材料的制备及其研究进展[J]. 周晓吉,刘婷婷. 电池工业. 2019(05)
[4]共纺聚乙烯-乙烯醇锂-热塑性聚氨酯锂离子电池隔膜热力学及电化学性能[J]. 巩桂芬,曹景飞,邹明贵. 复合材料学报. 2020(05)
[5]静电纺PPEK/SiO2锂离子电池隔膜的制备及性能[J]. 刘落恺,唐萍,李隆伟,蹇锡高,宾月珍. 精细化工. 2019(10)
[6]静电纺丝聚芳醚砜酮锂离子电池隔膜的制备及热处理[J]. 龚文正,宋崇鑫,阮诗伦,申长雨. 高分子材料科学与工程. 2018(12)
[7]TiO2改性PVDF锂离子电池隔膜的研究[J]. 李琳,陈建,龚勇,刘平,代祖洋,辜其隆. 化工新型材料. 2018(12)
[8]熔融静电纺β-PVDF超细纤维隔膜的制备及性能[J]. 宁景霞,李柯,肖阳,魏取福,黄锋林. 高分子材料科学与工程. 2018(03)
[9]锂离子电池隔膜材料研究进展[J]. 王振华,彭代冲,孙克宁. 化工学报. 2018(01)
[10]静电纺PMMA/EVOH-SO3Li锂离子电池隔膜复合材料的制备及性能[J]. 巩桂芬,王磊,徐阿文. 复合材料学报. 2018(03)
本文编号：3231005
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