聚酰亚胺隔膜改性技术研究
采用静电纺丝技术制备的 PI 纳米纤维膜具有高孔隙率和良好的电解液浸润性,然而高孔隙率也会带来隔膜力学性能的降低,给电池的组装和使用带来压力。另一方面,PI 纳米纤维膜的大孔径尺寸也带来了电池的自放电问题。鉴于此, 研究人员对 PI 隔膜,特别是PI纳米纤维膜进行了一系列高性能化改性工作。
1、表面涂覆改性法
表面涂覆改性是指在基膜表面沉积或涂覆一层功能层而实现改性的方法。比如采用Al2O3 纳米粒子对PI纳米纤维膜进行涂覆改性。Al2O3 纳米粒子表面含有丰富的极性基团,有利于提高PI纳米纤维膜与电解液之间的亲和性,降低电池的界面阻抗。
经过200圈循环后,由Al2O3 涂覆PI纳米纤维膜所组装的电池的界面阻抗为45.8 Ω,低于纯PI纳米纤维膜(51.1Ω)和 PP隔膜(63.4Ω)。在10C的高倍率循环下,其所组装电池的放电容量保持率在78.91%,高于纯PI纳米纤维膜(68.65%)和商业 PP隔膜(18.25%)。
涂覆改性法可以实现隔膜的功能化改性,但仍存在一些缺点:一方面,涂覆层的引入增加了隔膜质量,降低电池的能量密度;其次,涂覆层会带来一定程度的堵孔效应,增加 Li+ 迁移的阻力;最后,当涂覆层与基体之间的相互作用较弱时,增加了界面间阻力,而且长期使用过程中存在脱落的风险。
2、共混改性法
共混也是一种简单、有效的高性能化改性方法,只需要在成膜前或过程中引入改性剂。
3、凝胶填充法
凝胶填充法即在 PI 隔膜内部孔隙中注入凝胶聚合物电解质,来改善 PI隔膜的吸液保液能力。比如通过结合PI无纺布和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)的特性优势,利用AMPS的原位聚合产物PAMPS对PI无纺布进行凝胶填充改性。
4、交联改性法
采用静电纺丝所制备的纳米纤维膜中,由于纤维与纤维之间不存在相互作用,纳米纤维膜的机械强度较低,难以满足电池组装过程对隔膜的张力要求。为提高纳米纤维膜的机械强度,研究者采用热致微交联、溶致微交联、碱液刻蚀和同轴纺丝等手段制备具有交联结构的PI纳米纤维膜。
超声波喷涂技术用于半导体光刻胶涂层。与传统的旋涂和浸涂工艺相比,它具有均匀性高、微观结构良好的封装性和可控制的涂覆面积大小等优点。在过去的十年中,已经充分证明了采用超声喷涂技术的3D微结构表面光刻胶涂层,所制备的光刻胶涂层在微观结构包裹性和均匀性方面都明显高于传统的旋涂。
超声波喷涂系统可以精确控制流量,涂布速度和沉积量。低速喷涂成形将雾化喷涂定义为精确且可控制的模式,以在产生非常薄且均匀的涂层时避免过度喷涂。超声喷涂系统可以将厚度控制在亚微米到100微米以上,并且可以涂覆任何形状或尺寸。
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