锂离子电池因具有许多优异的性能而被广泛应用于便携式电子设备(手机、笔记本)上。此外还可应用于电动或者混合动力汽车领域。隔膜是锂离子电池四大部分中不参加反应的部分。目前隔膜发展的一个主要方向是降低成本、提高锂离子传导、增加耐热性和提高强度等。近年来静电纺丝法制备无纺布纳米纤维隔膜受到研究者的广泛关注,其制备的纳米纤维膜因结构上为纳米纤维层层堆积而成,孔隙率达70% 远高于商用干法拉伸隔膜(Celgard2400),但缺点是抗拉强度低,耐热性能差。
玻璃纤维布是一种常用的廉价化工材料,常用于补强各种高聚物。其耐热耐腐蚀和高拉伸强度的优点都是锂离子电池需要的,但是玻璃纤维与玻璃纤维之间的孔隙较大,不适合做锂离子电池隔膜,基于静电纺丝技术制得的纳米纤维无纺布隔膜的孔隙小,并且均匀,所以用静电纺丝隔膜去覆盖玻璃纤维布的大孔隙。
因为无机玻璃纤维与有机聚偏氟烯(PVDF)不能牢固粘接在一起,所以在玻璃纤维布表面涂覆一层聚偏氟乙烯/硅烷偶联剂(PVDF/KH550)的溶液,用于粘接两种玻璃纤维与PVDF纤维。实验*终获得的复合膜(玻璃纤维/PVDF)具有优异的性能,其中高强度、高耐热、低成本的玻璃纤维布能够显著提高隔膜的性能,孔隙小且均匀的无纺布PVDF膜能够保证隔膜的正常工作,有利于锂离子电池箱动力电池发展。本研究通过在玻璃纤维布表面涂覆PVDF/KH550,再沉积静电纺丝制备的纳米纤维PVDF纤维,*终制得玻璃纤维/PVDF复合膜。
复合膜的抗拉强度体现一个机械强度的稳定性,确保电池在组装电池过程中形状不被破坏,保证锂电池的安全充放电。可以看出涂覆液浓度的提高,复合膜强度随之提高,当浓度达到10%后,增加就不那么明显,原因可能是在基底玻璃纤维布与PVDF纤维膜完全粘接在一起,强度不再随浓度提高而提高。但是低浓度时,玻璃纤维布表面PVDF较少,未能将二者粘接在一起,致使强度较低。
涂覆液浓度的不同,高分子纤维丝与基底玻璃纤维之间的结合强度不同,当涂覆液的浓度提高到10%、12%和14%时,两层纤维很好的结合,强度提高到35~39MPa,但随着浓度的提高,隔膜的锂离子传导率因孔隙被堵住而降低。从电话稳定平台看出,复合膜的电化学稳定性满足锂离子电池的正常工作。
组装纽扣电池放电比容量看出,复合膜用作隔膜的首次放电比容量为136mAh/g,放在高倍率5C下高出商用隔膜47.3%。