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)