市場上商業(yè)化的鋰電池隔膜主要是以什么為主?它們能夠長期使用嗎?
當(dāng)前,市場上商業(yè)化的鋰電池隔膜主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)為主的微孔聚烯烴隔膜,這類隔膜憑借著較低的成本、良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在鋰電池隔膜中。
但由于聚烯烴材料本身疏液表面和低的表面能導(dǎo)致這類隔膜對電解液的浸潤性較差,影響電池的循環(huán)壽命。
另外,由于PE和PP的熱變形溫度比較低(PE的熱變形溫度80~85℃,PP為100℃),溫度過高時隔膜會發(fā)生嚴(yán)重的熱收縮,因此這類隔膜不適于在高溫環(huán)境下使用,使得傳統(tǒng)聚烯烴隔膜無法滿足現(xiàn)今3C產(chǎn)品及動力電池的使用要求。
針對鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展需求,研究者們在傳統(tǒng)聚烯烴隔膜的基礎(chǔ)上發(fā)展了各種新型鋰電隔膜材料。非織造隔膜通過非紡織的方法將纖維進(jìn)行定向或隨機(jī)排列,形成纖網(wǎng)結(jié)構(gòu),然后用化學(xué)或物理的方法進(jìn)行加固成膜,使其具有良好的透氣率和吸液率。
天然材料和合成材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制備無紡布膜,天然材料主要包括纖維素及其衍生物,合成材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)、芳綸(間位芳綸,PMIA;對位芳綸PPTA)等。
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聚對苯二甲酸乙二酯
聚對苯二甲酸乙二酯(PET)是一種機(jī)械性能、熱力學(xué)性能、電絕緣性能均優(yōu)異的材料。PET類隔膜最具代表性的產(chǎn)品是德國Degussa公司開發(fā)的以PET隔膜為基底,陶瓷顆粒涂覆的復(fù)合膜,其表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能,閉孔溫度高達(dá)220℃。
聚酰亞胺
聚酰亞胺(PI)同樣是綜合性能良好的聚合物之一,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較高的孔隙率,和較好的耐高溫性能,可以在-200~300℃下長期使用。
Miao等(2013)用靜電紡絲法制造了PI納米纖維隔膜,該隔膜降解溫度為500℃,比傳統(tǒng)Celgard隔膜高200℃,如下圖,在150℃高溫條件下不會發(fā)生老化和熱收縮。
其次,由于PI極性強(qiáng),對電解液潤濕性好,所制造的隔膜表現(xiàn)出極佳的吸液率。靜電紡絲制造的PI隔膜相比于Celgard隔膜具有較低的阻抗和較高的倍率性能,0.2C充放電100圈后容量保持率依然為100%。












