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PI 隔膜的高性能改性方法介绍

作者:pi纳米纤维膜 发布时间:2022-11-18 15:06:00点击:117

静电纺丝技术制备的PI纳米纤维膜具有高孔隙率和良好的电解质浸润性。但是,高孔隙率也会降低隔膜的机械性能,给电池的组装和使用带来压力。另一方面,PI纳米纤维膜的大孔径也带来了电池的自放电问题。鉴于此,研究人员对PI膜,尤其是PI纳米纤维膜开展了一系列高性能改性工作。

1.表面涂覆改性法

表面涂覆改性是指在基膜进行表面可以沉积或涂覆一层主要功能层而实现中国改性的方法。比如采

用纳米氧化铝包覆PI纳米纤维膜。 Al2O3纳米粒子表面含有丰富的极性基团,可以提高PI纳米纤维膜与电解质的亲和力,降低电池的界面阻抗。

循环200次后,电池的界面阻抗为45.8 ω,低于纯 PI 纳米纤维膜(51.1 ω)和 PP 膜(63.4 ω)。在10C 循环下,放电容量保持率为78.91% ,高于纯 PI 纳米纤维膜(68.65%)和商品 PP 膜(18.25%)。

通过在PI纳米纤维膜表面涂覆一层PE微粒,成功构筑了具有热关闭功能的 PI/PE 复合纳米纤维膜。复合纳米纤维膜表现出优异的热尺寸稳定性:在230℃加热0.5h后,收缩率低于10%。同时,当电池的温度接近PE的熔点时,PE部分会熔化封闭微孔,使电池内阻增大,通过电流减小,从而阻止进一步的化学反应。

涂覆改性法可以通过实现隔膜的功能化改性,但仍存在对于一些主要缺点:一方面,涂覆层的引入企业增加了隔膜质量,降低电池的能量密度;其次,涂覆层会带来具有一定影响程度的堵孔效应,增加 Li+ 迁移的阻力;最后,当涂覆层与基体组织之间的相互促进作用能力较弱时,增加了管理界面间阻力,而且由于长期发展使用这个过程中可能存在脱落的风险。

2. 共混改性法

        共混也是一种简单、有效的高性能化改性方法,只需要在成膜前或过程中引入改性剂。

        使用聚酰胺酸铵盐(PAAS)与 SiO2 以及 Al2O3 纳米粒子共混,制备 PI 杂化纳米纤维膜。与涂覆改性相比,共混改性基于单根纤维, 保留了纳米纤维膜的 3D 网络结构,避免了多层结构的形成而导致隔膜的离子电导率降低的问题。测试发现,PI 杂化纳米纤维膜的孔隙率和吸液率分别高达 90%和 790%。

        采用四喷头交叉静电纺丝技术制备了PI/聚偏氟乙烯-六氟异丙烯共聚物(PVDF-HFP)复合纳米纤维膜。其中,PI 材料提供良好的热尺寸稳定性,保证电池的高温使用安全性。PVDF-HFP 材料在较低温度下熔融,增加纳米纤维间的粘结,提高复合纳米纤维膜的力学性能。

       3.凝胶填充法

       凝胶填充法即在 PI 隔膜内部孔隙中注入凝胶聚合物电解质,来改善 PI隔膜的吸液保液能力。比如通过结合PI无纺布和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的特性优势,利用AMPS的原位聚合产物PAMPS对PI无纺布进行凝胶填充改性。

4.交联改性法

在通过静电纺丝制备的纳米纤维膜中,由于纤维之间没有相互作用,因此纳米纤维膜的机械强度低,因此难以满足电池组装过程中膜的张力要求。 为了提高纳米纤维膜的机械强度,采用热微交联、溶液微交联、碱蚀、同轴纺丝等工艺制备了交联结构的PI纳米纤维膜。


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