隔膜作為鋰離子電池的重要組成部分之一,其性能直接影響著電池的放電比容量、循環(huán)穩(wěn)定性以及壽命等。聚烯烴類隔膜是目前市場上應(yīng)用最廣泛的一種鋰離子電池隔膜,但由于其孔隙率較低,對電解液的親和性較差以及熱穩(wěn)定性不高等缺點,使電池的性能在一定程度上受到了限制且具有安全隱患。因此,開發(fā)出能夠替代聚烯烴類隔膜的高性能隔膜對提高鋰離子電池性能具有重要意義。為了提高隔膜的孔隙率和熱穩(wěn)定性,本文首先采用耐熱性更佳的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）無紡布作為隔膜基體,采用具有多孔結(jié)構(gòu)的硅藻土作為涂覆材料,制備復(fù)合隔膜。研究了涂層中硅藻土的含量對復(fù)合隔膜性質(zhì)和電池電化學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果表明,涂層中硅藻土含量的增加有利于改善復(fù)合隔膜的孔結(jié)構(gòu),進而提高隔膜的孔隙率、吸液率以及離子電導(dǎo)率,當硅藻土含量為80 wt%時達到最大值,分別為63.8%,0.866 g cm^-3和1.43 mS cm^-1。硅藻土與電解液具有良好的親和性,能夠改善隔膜的潤濕性。同時,硅藻土提高了隔膜的熱穩(wěn)定性,在160℃下熱處理0.5 h后,硅藻土含量為80 wt%的復(fù)合隔膜僅收縮1.17%,與P... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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鋰離子電池的工作原理

第1章緒論5面而制備得到的一種復(fù)合隔膜，如圖1.2所示[31]。圖1.2無機-有機復(fù)合隔膜結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.2Schematicillustrationofinorganic-organiccompositeseparatorstructure無機顆粒通常具有較好的耐高溫性，將其涂覆在聚烯烴類隔膜的表面可以提高隔膜的熱穩(wěn)定性[32]，另外，非極性的聚烯烴類隔膜與極性的有機電解液之間潤濕性較差，涂覆在表面的無機顆粒由于其自身攜帶的極性官能團以及較大的比表面能，可以改善隔膜與電解液之間的親和性[33]，同時，由無機顆粒堆積形成的曲折的間隙孔也有助于保留電解液，從而提高復(fù)合隔膜的吸液率。當使用無紡布隔膜作為復(fù)合隔膜的基體時，尺寸較小的無機顆�？梢蕴畛湓跓o紡布隔膜較大的孔隙中，達到降低隔膜孔徑尺寸的目的，同時，無機顆粒涂層在增強隔膜與電解液親和性的同時也有助于復(fù)合隔膜熱穩(wěn)定性的提升[34,35]。1.2.2鋰離子電池隔膜的工作原理鋰離子電池隔膜是一種具有多孔結(jié)構(gòu)的薄膜，是電池中除正負極和電解液之外的重要組成部分，起到隔絕正負極的作用，防止正負極直接接觸造成電池短路，為電池提供安全保障。同時，在電池的充放電過程中，隔膜需要為鋰離子在正負極之間的傳輸提供通道，因此需要隔膜具有較高的孔隙率和均勻分布的孔結(jié)構(gòu)。在鋰離子電池的充電過程中，鋰離子從正極材料中脫嵌出來，通過電解液經(jīng)過隔膜傳輸?shù)截摌O，嵌入負極材料中；放電過程則與此相反。同時，電子在電池外部傳輸，并與電池內(nèi)部的離子傳輸形成閉合的回路。

第1章緒論7的傳遞。然而，孔隙率過高會導(dǎo)致隔膜的強度降低，因此，一般鋰離子電池隔膜的孔隙率為40%-60%較為合適。（4）透氣性隔膜的透氣性用Gurley值表示，它是指在給定壓力下，一定體積的空氣通過確定面積的隔膜所需要的時間。Gurley值越小，隔膜的透氣性越好。隔膜的透氣性與其厚度、孔徑、孔隙率和孔的曲折度均有關(guān)，關(guān)系如下式表示[36]：d1018.5t23urLG………………………………(1.1)其中，tGur為隔膜的Gurley值，η為孔的曲折度，L為隔膜厚度，ε為隔膜孔隙率，d為孔徑。可見，隔膜的Gurley值與其孔隙率成反比，與孔的曲折度成正比。3.潤濕性鋰離子電池隔膜的潤濕性體現(xiàn)了隔膜與電解液的親和性，潤濕性好，則隔膜更容易被電解液潤濕且可以吸收并保留更多的電解液，可以有效地減少電解液在組裝以及使用過程中的損失。通常表征隔膜潤濕性的方法有分析隔膜接觸角和將一滴電解液滴在隔膜上觀察其潤濕情況兩種，如圖1.3所示[37]。圖1.3隔膜的（a）電解液潤濕情況照片和（b）接觸角照片F(xiàn)igure1.3(a)Liquidelectrolytewettingimagesand(b)contactangleimagesoftheseparators


本文編號：3104607