离心纺丝法制备聚氨酯基共混改性纤维膜的方法与工艺研究
随着锂离子电池在电子储能行业的快速发展，由于其具有功耗低、能量密度高和寿命周期长及无记忆效应等特点，已被普遍应用到电子设备、电动汽车、飞行器以及储能设备当中。隔膜是锂离子电池的关键组成部分，在很大程度上决定了电池的性能。由于商业隔膜的孔隙率和吸液率较低，无法满足锂离子电池在高倍率下进行充放电的需求。因此，研究高性能隔膜将会极大推动锂离子电池的发展。本文采用离心纺丝法制备PU基及SiO2改性后PU/PAN锂离子电池隔膜并进行性能评估，主要研究内容和结果如下: （1）分析国内外锂离子电池和隔膜的在发展过程中存在的问题，提出基于离心纺丝法来制备PU基锂离子电池隔膜。 （2）分析锂离子电池的组成、充放电机理及对于隔膜的性能要求，对比干法、湿法、离心纺丝法和静电纺丝法制备隔膜的工艺机理，设计离心纺丝法制备PU基纳米纤维隔膜的工艺方案组装电池，提出电池性能测试的方法。 （3）采用离心纺丝法分别制备PU隔膜和PU/PAN共混纤维隔膜用于锂离子电池,并对隔膜和电池的各项性能进行表征，结果表明:当18％PU∶PAN=7∶3时的纤维相貌良好具备三维网状结构，隔膜的孔隙率和吸液率较高，热稳定性增强，由于其较高的离子电导率，电池在充放电的过程当中表现出优秀的循环性能和倍率性能。 （4）为进一步提高PU/PAN复合隔膜的性能，采用SiO2对PU/PAN纳米纤维膜进行改性处理，并测试SiO2/PU/PAN共混纤维隔膜的各项性能，结果表明:通过SiO2改性后的PU/PAN纤维隔膜中，SiO2吸附在纤维表面，提供大量的孔隙结构，提高了其孔隙率、吸液率、离子电导率、热稳定性、电化学稳定性、循环稳定性以及倍率性能。对比未参与改性的PU和PU/PAN隔膜，性能更佳，说明利用SiO2对PU/PAN隔膜进行改性是有效的。 （5）对比商业Celgard2400、PU、PU/PAN纳米纤维隔膜、以及SiO2改性后的PU/PAN纤维隔膜的物理、电化学性能、倍率性能和循环稳定性能，结果表明:离心纺丝法制备的PU/PAN复合隔膜的各项性能优于纯PU隔膜，SiO2改性后的PU/PAN隔膜性能好于改性之前的，随着SiO2的引入，PU基纤维隔膜的性能得到了进一步提升。表明采用离心纺丝法制备PU基锂离子电池隔膜具备一定的可行性。 （6）对本文研究工作进行总结，分析本课题下一步研究方向。
聚氨酯;锂离子电池隔膜;离心纺丝;纳米纤维;共混改性;静电纺丝
武汉纺织大学
硕士
机械工程
梅顺齐
2023
中文
TQ340.64
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）