摘要: 锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优势而被广泛应用。隔膜作为锂离子电池的四大主要部件之一，其结构和性能至关重要。目前的锂离子电池中，隔膜材料绝大多数为聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）为代表的聚烯烃。聚烯烃隔膜具有良好的机械性能，稳定... 展开 锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优势而被广泛应用。隔膜作为锂离子电池的四大主要部件之一，其结构和性能至关重要。目前的锂离子电池中，隔膜材料绝大多数为聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）为代表的聚烯烃。聚烯烃隔膜具有良好的机械性能，稳定的电化学性能等诸多优点，但是其缺点也很突出，即隔膜对电解液的润湿性差影响电池的电化学性能，以及隔膜热稳定性差制约电池的安全性，甚至在极端情况下引起自燃或爆炸。 本论文以聚乙烯膜（PE）为基膜，用勃姆石粒子、水及粘接剂等添加剂混合制成水基浆料，采用浸润法对PE隔膜进行涂覆改性，研究勃姆石涂层对隔膜理化性能，及以由此隔膜制成的电池的电性能的影响。同时研究了勃姆石中羟基（-OHs）对涂层作用效果的贡献，以及勃姆石微粒的粒度及形貌对涂层效果的影响。研究得到以下结论。 1、勃姆石涂层对隔膜性能的影响。勃姆石涂层极大的改善隔膜对水的润湿性，接触角从109.3°降至15.2°。因为电解液和水极性相同，因此勃姆石涂层极大的改善隔膜对电解液的润湿性。相应地，实验发现虽然施加勃姆石涂层的隔膜孔隙率有所下降，但是其吸液率和锂离子电导率均有提高。勃姆石涂层一定程度上改善了隔膜在高温下的热稳定性，但是对其机械性能无明显提升作用。 2、勃姆石涂层对电池性能的影响。相较于含有基膜PE隔膜的半电池，含有勃姆石涂层的隔膜的半电池电性能有明显改善。在0.2C、0.5C、1C、2C、3C、5C、8C各循环5圈的倍率性能测试结果显示，勃姆石涂覆PE隔膜组装成的半电池在每一个电流密度下的放电比容量均高于PE隔膜组装成的半电池，并且随着电流密度的增大，两者之间的差距更加明显，表明勃姆石涂层隔膜在大功率充放电时更显优势。含有PE隔膜的半电池在8C下循环100圈容量保持率为84.9%，而勃姆石涂覆PE隔膜组装成的半电池高达92.9%，并且显示出更好的循环稳定性。 3、勃姆石中-OHs的影响。通过一定温度的煅烧去掉勃姆石颗粒中的-OHs，得到的粉末产物其粒度和形貌不发生改变。实验发现，施加这种粒子涂层的隔膜与勃姆石粒子涂层隔膜对水的润湿性相近，表明勃姆石中-OHs对涂覆隔膜和电解液之间的润湿没有特别的贡献。电性能测试发现，施加这种粒子涂层的隔膜组装的半电池其倍率性能和循环性能与勃姆石涂层隔膜组装的半电池相当。 4、勃姆石粒径的影响。研究了四种粉末粒度的勃姆石涂层隔膜及由其组装的半电池的性能，粒度分布分别为BG-613（D100.812μm,D501.382μm,D902.315μm），BG-611（D100.455μm,D500.798μm,D901.338μm），BG-601（D100.35μm,D500.50μm,D900.67μm）及BG-200-S（D100.063μm,D500.118μm,D900.224μm）。发现，以BG-601涂层隔膜组装的半电池具有最佳的倍率性能。粒径对涂覆隔膜机械性能无明显影响。 5、勃姆石形貌的影响。研究了粒度相近的勃姆石纳米晶须和勃姆石纳米粒子涂覆隔膜以及由其组装的半电池的性能。研究发现，勃姆石纳米晶须涂覆隔膜的机械性能较纳米粒子涂覆隔膜稍好，但形貌对涂覆隔膜的热稳定性无明显影响。勃姆石纳米晶须涂覆隔膜的孔隙率较勃姆石纳米粒子涂覆隔膜要高，甚至高于PE隔膜，这使得勃姆石纳米晶须涂覆隔膜组装的半电池具有最好的电性能。 收起