【摘要】：聚烯烴微孔膜憑借其優(yōu)異的綜合性能,被廣泛地應(yīng)用于海水淡化、廢水處理、鋰電池隔膜、空氣凈化等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展,聚烯烴微孔膜作為鋰電池隔膜重要組件,其性能要求日益提高。由于微孔膜制備過(guò)程中工藝參數(shù)眾多且影響復(fù)雜,微孔膜產(chǎn)品存在厚度、孔隙率等指標(biāo)不能整體兼顧且穩(wěn)定性差等問(wèn)題。針對(duì)微孔膜的干法制備工藝,深入探討工藝、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)的調(diào)控,對(duì)微孔膜性能的提高具有重要意義。本文系統(tǒng)研究了微孔膜干法制備工藝參數(shù)對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)及性能的影響,分析了孔隙結(jié)構(gòu)演變機(jī)理,為高性能微孔膜的制備提供了一定參考。針對(duì)硬彈性基體薄膜制備的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié),基于Taguchi方法,以熔體牽伸比、氣隙、擠出溫度、流延輥溫度為實(shí)驗(yàn)因素,以基體薄膜的彈性回復(fù)率為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)信噪比分析,研究了各工藝參數(shù)對(duì)基體薄膜硬彈性的影響,獲得了最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。為了進(jìn)一步探究聚烯烴材料在流延過(guò)程中的晶體結(jié)構(gòu)變化,通過(guò)廣角X射線衍射及小角X射線散射分析,對(duì)聚烯烴熔體的結(jié)晶行為進(jìn)行了研究,討論了熔體牽伸比對(duì)基體薄膜結(jié)晶度、周期性、取向度及拉伸性能的影響機(jī)理,并分析了晶體取向與基體薄膜成孔性能的關(guān)系。退火能夠完善晶區(qū)結(jié)構(gòu),提高結(jié)晶度,并進(jìn)一步改善基體薄膜的硬彈性。本文以退火溫度和退火時(shí)間為實(shí)驗(yàn)變量,以提高基體薄膜彈性回復(fù)率為優(yōu)化目標(biāo),建立了實(shí)驗(yàn)變量與優(yōu)化目標(biāo)之間的響應(yīng)面模型。經(jīng)方差和殘差分析,探討了退火工藝參數(shù)對(duì)基體薄膜硬彈性的影響,確定了最優(yōu)的退火條件。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了退火溫度與基體薄膜晶體結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。針對(duì)直接影響并決定微孔膜最終形態(tài)和性能的拉伸誘導(dǎo)微孔形成過(guò)程,分析了基體薄膜在不同溫度下的變形力學(xué)行為,研究了各應(yīng)變階段的晶體結(jié)構(gòu)變化,分析了微孔的形成及演變過(guò)程,探究了拉伸溫度、拉伸比等對(duì)微孔膜孔隙結(jié)構(gòu)及性能的影響,解釋了不同拉伸條件下的微孔形成機(jī)制。
【圖文】：

及性能需求日益提高。隔膜是鋰離子電池的重要組成部件，是鋰電池組件中技逡逑術(shù)壁壘最高的高附加值材料，它將正極和負(fù)極分隔開(kāi)來(lái)，并允許鋰離子通過(guò)，逡逑如圖１－２所示［６，７］。此外，當(dāng)鋰電池發(fā)生短路時(shí)，聚烯烴隔膜還會(huì)發(fā)生閉孔，保逡逑證了鋰電池的安全性能。目前，商用的聚烯烴微孔膜主要包括ＰＰ單層膜、ＰＥ逡逑單層膜及ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ三層復(fù)合膜，主要生產(chǎn)廠商包括Ｃｅｌｇａｒｄ、東燃化學(xué)、Ｅｎｔｅｋ、逡逑旭化成、ＵＢＥ公司等。逡逑＇ｆｌＨｖ逡逑ｅ邋ｅ逡逑——邐：ｊ￣￣逡逑＾邐Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ逡逑＾邋＾邋ｋ＇邋＾逡逑｜邐？邋Ｗ邋ｉｋｉ邋ｗ邋｜逡逑Ｖ邋Ａｎｏｄｅ邐ｔ邋Ｃａｔｈｏｄｅ邐Ｊ逡逑（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）邋Ｓｅｐａｒａｔｏｒ邋（ＵＣｏＰＪ逡逑圖１－２鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｙ逡逑１．２聚烯烴微孔膜的制備工藝逡逑１．２．１濕法工藝逡逑濕法又稱(chēng)為熱致相分離法（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ邋Ｉｎｄｕｃｅｄ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ＴＩＰＳ），其逡逑原理如圖１－３所示［８］。首先將某種高沸點(diǎn)小分子溶劑（如石蠟油等）與聚烯烴材逡逑料在較高溫度下熔融形成均相熔體，然后通過(guò)擠出、壓塑等方式成型為薄膜。逡逑在成型過(guò)程中，溫度下降導(dǎo)致固－液相分離或液－液相分離，即可用揮發(fā)性試劑將逡逑高沸點(diǎn)小分子物質(zhì)萃取出來(lái)，經(jīng)千燥處理后獲得微孔膜。在制備過(guò)程中，可以逡逑先將發(fā)生相分離的薄膜進(jìn)行單向拉伸或雙向拉伸，然后再進(jìn)行溶劑萃取，也可逡逑以先將溶劑萃取出來(lái)再進(jìn)行拉伸。濕法工藝主要用于單層ＰＥ微孔膜的制備

邐相分離邐隔膜逡逑圖１－３濕法工藝原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｗｅｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑濕法工藝制備的微孔膜抗穿刺強(qiáng)度大，拉伸強(qiáng)度高，孔隙分布均勻且孔隙逡逑結(jié)構(gòu)易于調(diào)控。但是所需設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，，提高了生產(chǎn)的成本。此外，逡逑由于該過(guò)程中用到大量的溶劑，易污染環(huán)境。逡逑１．２．２干法工藝逡逑千法又稱(chēng)為熔融拉伸法，其原理如圖１－４所示［８］。千法工藝主要包括三個(gè)步逡逑驟：（１）聚合物熔體在高溫下熔融擠出，經(jīng)高速牽伸和冷卻成膜，在應(yīng)力場(chǎng)下逡逑結(jié)晶獲得排狀堆積片晶結(jié)構(gòu)；（２）將基體薄膜在低于熔點(diǎn)２０－４０°Ｃ的溫度條件逡逑下進(jìn)行退火處理，以消除晶體缺陷，完善片晶結(jié)構(gòu)；（３）將基體薄膜分別進(jìn)行逡逑冷、熱拉伸，冷拉伸誘導(dǎo)片晶分離，形成微孔，熱拉伸使微孔進(jìn)一步擴(kuò)大。最逡逑后在一定溫度下進(jìn)行熱定型
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2;TQ317

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本文編號(hào)：2687015