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隔膜材料PVDF的性能介绍

发布时间:24-04-01 浏览次数: 46

  隔膜是一种多孔塑料薄膜,用于分隔两电极,并保证锂离子自由通过形成回路,影响电池的容量、循环能力和安全性。热稳定性方面,电池充放电过程中易发热,导致电池温度上升,存在隔膜破损的风险,因此隔膜需要有良好的热稳定性;电性能方面,低孔径、高孔隙率的隔膜可以保证锂离子传导效率的同时不会使正负极接触而短路;机械强度方面,隔膜需要满足装配中的受力要求,具备一定的抗刺穿能力和拉伸能力;化学稳定性方面,要求隔膜不与电解质、电极材料发生反应;孔隙率方面,较高的孔隙率可以提高锂离子通过隔膜的效率;孔径方面,孔径足够低才可以阻止电极颗粒通过隔膜。

  根据结构,锂离子电池隔膜材料可分为:微孔聚烯烃膜、非织造布、聚合物/无机复合材料和凝胶聚合物电解质膜。目前商业化隔膜材料主要为聚烯烃,如PP和PE。聚烯烃类隔膜力学性能优异,但存在孔隙率较低、耐热性一般、电解液吸收率较低等缺陷。

  PVDF为优秀的隔膜材料,既可用于隔膜涂层,也可作为隔膜材料。PVDF是半结晶聚合物,由于晶型中极性 β 相的存在,利于锂盐的解离,可提高隔膜的离子电导率,其晶体部分可提供良好的机械强度,非晶体部分可更好地吸收保存电解液,以其为基底的隔膜热收缩程度非常小。PVDF在非织造隔膜、聚合物/无机复合材料和凝胶聚合物电解质膜中均有应用。聚烯烃类隔膜在高温、针刺、过充情况下存在破膜的可能性,通过涂覆可以对隔膜进行改性,提升其性能。将PVDF涂覆在传统隔膜上可提高隔膜的润湿性、保液性能、电化学稳定性。目前市场上并存着氧化铝涂层、PVDF涂层、PVDF/氧化铝混合涂层、氧化铝+PVDF叠加复合涂层等涂层,非织造隔膜是通过静电纺丝、熔纺、造纸等方式, 使聚合物形成纤维网状结构后采用机械、加热或化学等方法使其固化而成,通常以PVDF、PI、PET、纤维素等为原材料。非织造膜既可单独用作隔膜,也可与其他膜复合使用。通过静电纺丝制得的PVDF基纳米纤维薄膜具有高孔隙率、低孔径、孔径分布均匀、热稳定性好等优点。纯PVDF电纺膜在电解液浸润性、机械强度、安全性能等方面存在缺陷,而研究发现通过共混改性、涂覆改性、热处理改性、多层隔膜复合改性等方法对PVDF基隔膜进行改性后,隔膜的机械强度、离子导电率及热稳定性均可得到提高。此外,PVDF与无机物的复合材料同样可以制成性能优良的隔膜。高性能PVDF基复合隔膜是未来隔膜材料的一大发展趋势。

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