聚偏氟乙烯(PVDF)具有優(yōu)良的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,以及易于成膜等特點,在鋰離子電池隔膜領(lǐng)域受到了關(guān)注。
PVDF用于制備鋰離子電池的隔膜具備以下特點:
孔隙率高,隔膜透過能力強;
具有電化學(xué)性能穩(wěn)定;
增加隔膜對電解液的潤濕性以及保液性,增加電池安全性;
具有較好的機械強度;
高溫使用條件下能保持化學(xué)穩(wěn)定性。
但是PVDF較高的結(jié)晶度和界面電阻,使其包埋液體電解液的親和力差,限制了PVDF在鋰離子電池隔膜領(lǐng)域的應(yīng)用。為了改善 PVDF隔膜的相關(guān)性能,擴大其應(yīng)用范圍,研究人員采用了很多改性方法,本體改性和表面改性是PVDF隔膜改性常用的兩大方法。
PVDF 隔膜本體改性
共混改性
PVDF隔膜的共混改性工藝流程簡單,只需在PVDF主體聚合物中加入其他聚合物或填料,共混溶解制得PVDF共混隔膜。共混改性操作簡便,無需繁瑣的后處理工序,因此它是目前最常用的PVDF隔膜改性手段。
根據(jù)材料類別和屬性,PVDF隔膜共混改性可以分為無機填充改性和有機共混改性。無機填充改性主要是在PVDF主體中摻雜陶瓷填料,如SiO2、TiO2、Al2O3 、CeO2、MgO、ZnO和NiO等,這些填料可以通過降低PVDF的結(jié)晶度和通過Lewis酸與電解液中的離子物質(zhì)相互作用來提高PVDF隔膜電池的充放電性能。
納米陶瓷填料的加入,提高了PVDF隔膜基體的機械穩(wěn)定性,從而可以防止PVDF隔膜 的熱收縮和機械故障。納米填料在PVDF隔膜中的分散性至關(guān)重要,為了有效發(fā)揮納米填料的作用,必須確保其在PVDF隔膜中的分散水平達到納米級。
有機共混改性是指通過共混在PVDF基體中加入其他聚合物基體 。該聚合物的存在使PVDF結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生無定型區(qū),從而降低PVDF隔膜的結(jié)晶度, 進而提升PVDF 隔膜的液體電解液親和性。與此同時,PVDF微晶區(qū)作為物理交聯(lián)點,提供足夠的力學(xué)強度。該共混隔膜也兼具了兩種聚合物基體的特點,表現(xiàn)出更加優(yōu)異的特性。與無機填充改性類似,共混隔膜中兩種聚合物基體的兼容性也至關(guān)重要,因 此,有機共混改性需要選擇與 PVDF 兼容性較好的聚合物材料。