氢氧化钠尿素体系中纤维素改性制备锂电池隔膜的研究 .pdfVIP

氢氧化钠/尿素体系中纤维素改性制备锂电池隔膜的研究

随着锂电池容量的提升,传统聚烯烃隔膜的安全性问题愈发严峻。与聚烯烃

隔膜相比,以纤维素原料制备的高性能锂电池隔膜具有许多优良特性,如安全性

好、抗刺穿性强、尺寸稳定性好、孔隙率高等,因此很多锂电池隔膜领域的研究

者都将视线转移到低成本、可再生的纤维素上。

本研究以生物质材料纤维素为主要原料,利用相转化法在NaOH/尿素体系中

制备纤维素基锂电池隔膜。通过SEM、FT-IR、XRD、DSC、TG等多种手段表征并

分析其热稳定性和对锂电池安全性的影响,并对其力学性能、断裂伸长率、吸液

率、纯水通量等性能进行了测试。

首先采用无纺布作为支撑底材,在NaOH/尿素体系中初步制备了纤维素基无

纺布锂电池隔膜。对纤维素的含量进行了优化。

实验结果表明:当纤维素含量为4%（wt）,添加剂PVPK30的含量为3%（wt）

时,隔膜的断裂伸长率最高（27.55%）,吸液率达到最大值,隔膜的整体性能最佳,

抗张强度达到40.15MPa,吸液率为239%,纯水通量为122.4

L·msup-2/sup·hsup-1/sup,吸液率和纯水通量比未添加PVPK30时分

别提高了40%和72.6L·msup-2/sup·hsup-1/sup。SEM测试表明,原

纤维素经过NaOH/尿素体系的溶解后,表面发生了较为明显的破坏,其中,纯纤维

素膜皮层孔径小,未观察到明显孔结构,而纤维素/PVPK30膜表皮层孔结构明显,

通透性较好。

XRD测试表明,经过NaOH/尿素体系溶解后得到的再生纤维素膜结晶度下降,

原纤维素中部分纤维素Ⅰ晶型在溶解析出后重新结晶,转变为纤维素Ⅱ晶型。其

次,选用苯丙乳液,在NaOH/尿素体系中对纤维素进共混改性,利用相转化法制备

苯丙乳液/纤维素隔膜。

实验结果表明:当纤维素、苯丙乳液和PVPK30含量分别为4%（wt）、3%（wt）、

3%（wt）时,隔膜的综合性能最佳,在此条件下隔膜的抗张强度为53.59MPa,断裂

伸长率为24.34%,吸液率为223%,纯水通量为120.5

L·msup-2/sup·hsup-1/sup,热收缩率为1.5%,最大热收缩力为0.31N。

SEM测试表明,苯丙乳液/纤维素隔膜具有非对称膜结构,苯丙乳液粒子的分散性

较好。

SEM和氮吸附等温线表明共混改性后的隔膜孔径变小。FT-IR测试表明纤维

素和苯丙乳液的特征吸收峰均在苯丙乳液/纤维素隔膜的红外光谱中得到体现。

FT-IR和DSC测试表明苯丙乳液/纤维素隔膜的两组分间具有良好的相容性。

TG测试表明苯丙乳液的添加有助于提高隔膜的热稳定性。

最后,选用PVA作为浸渍液,使PVA与纤维素/苯丙乳液复合隔膜相互渗透、

紧密结合,制备PVA浸渍的复合隔膜。实验结果表明:当浸渍液PVA含量为9%（wt）

时,浸渍后复合隔膜的综合性能最佳,在此条件下隔膜的抗张强度为24.13MPa,

断裂伸长率为2%,吸液率和保液率分别为385%和41.8%,孔隙率为58.43%,200℃

下的热收缩率仅为3.8%。

SEM测试表明浸渍后复合隔膜结构更加密实,不存在明显的相分离区域,氮

吸附等温线表明浸渍后复合隔膜的孔隙率变化不明显。ATR-FTIR测试表明本实

验成功的对共混膜进行了浸渍改性处理,TG测试表明,浸渍改性后得到的隔膜仍

具有较好的热稳定性。