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锂离子电池用电纺PVDF基隔膜的研究进展

2022-06-02   易丝帮

隔膜是锂离子电池(LIBs)中必不可少的组成部分,它极大地影响着电池的电化学性能。商用锂离子电池隔膜较差的电化学性能限制了其在电动汽车和储能系统中的使用。聚烯烃基隔膜的低孔隙率、高热收缩率和较差的热稳定性导致其电化学性能较差。这个问题可以通过使用不同类型的聚合物隔膜以及使用不同的隔膜制造技术来解决。近年来,静电纺丝技术备受关注,其有助于设计出具有高孔隙率、比表面积、电解质吸收率和离子电导率的新型隔膜材料。在各种聚合物隔膜中,聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物因其良好的机械强度、热稳定性、非反应性、易于加工性等吸引人的特性而被广泛用作LIB隔膜。考虑到PVDF基聚合物与静电纺丝技术的相关性,本综述重点介绍了不同PVDF基静电纺丝隔膜对电池性能的影响、用于提高电化学性能的不同材料和方法及其最新进展。基于PVDF的电纺隔膜(单一聚合物、聚合物共混物和纳米复合材料)、孔隙率、共混成分、纳米填料-电池性能的相互作用表明,未来PVDF基隔膜有望在锂离子电池中发挥主要作用。

 

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图1:锂离子电池的充电/放电机理

 

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图2:静电纺丝装置示意图

 

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图3:不同类型的电纺纳米纤维

 

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图4:不同高压下PVDF纳米纤维隔膜的低倍和高倍SEM图像:(a,b)13kV,(c,d)15kV和(e,f)17kV

 

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图5:PVDF-HFP(a)、PI(b)、PVDF-HFP+PI(c)和PVDF-HFP/PI(d)电纺非织造布的SEM图像和纤维直径分布

 

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图6:PVDF-HFP+PI(a)和PVDF-HFP/PI(b)热交联处理后的SEM图,PVDF-HFP膜的DSC曲线(c),PI、PVDF-HFP+PI和PVDF-HFP/PI电纺膜在热交联处理之前(d)和之后(e)的应力-应变曲线

 

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图7:PVDF稀溶液掺杂后不同PVDF/PAN比率的SEM图像:(a)10/0,(b)7/3,(c)5/5,(d)3/7,(e)0/10。比例尺为10µm(插图:2µm)

 

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图8:电纺PVDF-CTFE膜(a,b)和Sb2O3/PVDF-CTFE复合膜(c,d)的SEM图像。Sb2O3/PVDF-CTFE纳米纤维膜的TEM图像(e)和应力-应变曲线(f)

 

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图9:a,b)Al2O3掺杂电纺PVDF-TrFE在不同放大倍率下的TEM图像

 

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图10:PP隔膜、PVDF-HFP和PVDF-HFP-PDA退火处理30min后的光学照片

 

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图11:浸涂法制备PVDF/Al2O3复合膜

 

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图12:SEM照片:(a和c)分别为PVDF膜和PVDF/Al2O3复合膜的俯视图。(b和d)PVDF膜和PVDF/Al2O3复合膜的横截面SEM照片

 

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图13:纤维膜的表面SEM显微照片:(a)SiO2-PVdF;(b)SiO2-PVdF-g-10PMMA;(c)SiO2-PVdF-g-20PMMA;(d)SiO2-PVdF-g-30PMMA。比例尺:5μm

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