第 １１期 高　分　子　学　报 Ｎｏ. １１ ２０１５年 １１月 ＡＣＴＡ ＰＯＬＹＭＥＲＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｎｏｖ.? ２０１５ 二氧化硅 /聚乙烯醇多孔层对锂离子电池用 聚丙烯隔膜性能的影响 ? 刘宏宇　徐　军　郭宝华 　李建军　何向明 １ １ １?? ２ ２ (清华大学　 化学工程系　核能与新能源技术研究院　北京　 １０００８４) １ ２ 摘　要　以二氧化硅(ＳｉＯ２)为陶瓷颗粒 ?以聚乙烯醇 (ＰＶＡ)为粘结剂?以水为分散介质 ?制备出一种水性 ＳｉＯ２分散液.采用浸涂法将 ＳｉＯ２陶瓷层涂覆到聚丙烯(ＰＰ)隔膜表面.对 ＳｉＯ２ / ＰＶＡ涂覆层的表面及断面形貌 进行了表征?对原隔膜及复合隔膜的孔结构进行了分析?对水及水性 ＳｉＯ２分散液在隔膜表面的接触角进行了 测试?并研究了陶瓷涂覆层对隔膜热稳定性、润湿性、吸液量、离子电导率、倍率性能及循环性能的影响 .测试 结果表明?涂覆层具有多孔网络结构?其厚度仅为 ８００ ｎｍ.涂覆层的引入?使复合隔膜的孔隙率增大到 ６２ ９％ ?而其 Ｇｕｒｌｅｙ数则降低到 ５１５ ｓ.与原隔膜相比?复合隔膜的热收缩率降低?液体电解液对复合隔膜的润 湿性明显改善?复合隔膜的吸液量和离子电导率增大?电池倍率性能和循环性能提高. 关键词　陶瓷涂覆层?水性分散液?多孔网络结构?聚丙烯隔膜 　 　目前?商品化锂离子电池隔膜主要为聚烯烃 剂.为了溶解该类粘结剂 ?陶瓷分散液中使用了 大量的有机溶剂?如 Ｎ? Ｎ￣二甲基甲酰胺 多孔膜 [１ ~３]?如聚乙烯(ＰＥ)和聚丙烯(ＰＰ).该类 隔膜虽然具有成本低 、易加工等优点 [４] ?但同时 (ＤＭＦ) [１７] 、Ｎ?Ｎ￣二甲基乙酰胺 (ＤＭＡＣ) 、Ｎ￣ [１８] 、丙酮(ＡＣ) 等.有机 也存在以下两个缺点:一是隔膜的热稳定性 甲基吡咯烷酮(ＮＭＰ) [１９] [２０] 差 [５ ~７].由于聚烯烃多孔膜由拉伸法成孔且该类 溶剂的使用不仅会污染环境 、浪费能源 ?而且对 人体健康有害. 隔膜的熔点较低 (ＰＥ熔点为 １３５ ℃?ＰＰ熔点为 １６８ ℃)?当异常加热导致电池内部温度升高时 ? 隔膜将产生较大的热收缩?使电池起火或爆炸.二 是液体电解液对隔膜的润湿性较差 ?隔膜对电解 以水为分散介质制备水性陶瓷分散液可有效 解决上述问题 .但水的表面张力较大 ?难以润湿 ＰＰ隔膜?无法将陶瓷层涂覆到隔膜表面 .在本文 中?我们制备出一种具有良好润湿性的水性 ＳｉＯ２ 分散液.对分散液能润湿 ＰＰ隔膜的原因进行了 探讨?对陶瓷层的孔结构进行了表征?并研究了陶 瓷层对隔膜性能的影响. 液的吸液量较低 [８ ~１０].这不仅会影响电池装配 ? 更会降低电池性能. 为解决上述问题?最有效的解决方法是在隔 膜表面引入陶瓷层制备陶瓷复合隔膜 [１１ ~１３].将陶 瓷层涂覆到聚烯烃隔膜表面后 ?由于陶瓷粒子具 有优异的耐高温性能?复合隔膜的热稳定性显著 提高.同时?由于陶瓷颗粒表面含有羟基 ?可明显 改善电解液对隔膜的润湿性.此外?由于涂覆层可 额外保留一部分电解液?复合隔膜的吸液量显著 提高. １　实验部分 １ １　隔膜制备 将 ０ ２ ｇ ＰＶＡ(１７８８?阿拉丁)溶于 ４０ ｍＬ去 离子水中.待 ＰＶＡ完全溶解后 ?加入 ０ ８ ｇ ＳｉＯ２ (５０ ｎｍ?杭州万景新材料有限公司).高速搅拌 １５ ｍｉｎ