杨会敏 朱绍存 张书振 徐玉洁

(1.山东泰鹏集团 山东 泰安 271000；2.山东省泰安市徂汶景区 山东 泰安 271000；3.齐鲁工业大学 山东 济南 250353)

一、引言

隔膜作为锂离子动力电池的核心部件在锂离子电池中起到了隔绝正负极和为锂离子的在正负极之间的跃迁提供离子通道的作用，其性能指标对锂离子电池的大倍率快速充电能力和循环寿命起到了决定作用[1]。而现有的聚烯烃类隔膜，由于孔隙率低(≤40%)和熔融温度低(≤170℃)并不适用于大型动力锂离子电池[2][3]。因此，迫切需要开发出一种热稳定性好，机械稳定性优异且具有一定厚度能适用于大型动力锂离子电池的新型隔膜。

以涤纶为原料制备的长丝无纺布，具有厚度分布均匀、抗拉强度大，化学稳定性好(耐酸和有机溶剂腐蚀)和热稳定性好(涤纶材料的软化点可达240℃，熔点达260℃)等优点[4][5]，可完全抵御锂离子电池快速充放电过程中产生的热量，其优良的机械稳定性优于现有PP隔膜。目前，对于PET基长丝无纺布的改性和复合，主要集中在以下几方面，一是在PET无纺布单面或双面进行单一涂聚乙烯等聚合物以缩小无纺布孔径。二是在PET无纺布表面进行静电纺丝来封闭无纺布表面孔隙，降低复合材料整体的孔径大小的同时提高其耐热稳定性[7]。三是利用湿法制备超短PET纤维，成型后将PET无纺布进行后续改性处理[8]。以上方法均利用了无纺布热稳定性好和孔径大且分布广的优势，但改性过程中由于毛细管力等原因使得聚合物很难完全填充到无纺布孔隙中，因此所制备复合材料多为层状结构，对无纺布孔隙的填充效果有限，而较大的孔隙容易使锂离子电池的正负极相接触而短路。此外，上述方法适用面窄，且复合制备过程繁琐、对设备要求较高，经济效益低。随着市场对于新能源电动汽车和电力储能装置的快速需求，促使锂离子电池向着大倍率快速充放电的方向发展[9][10]。

二、实验部分

(一)主要原料

聚乙烯醇PVA，国药集团；去离子水，自制；电解液LiPO4F6(EC:DEC=1:1),合肥科晶材料科技公司;面密度为20g/m2的亲水涤纶长丝无纺布，山东泰鹏环保材料股份有限公司。

(二)真空浸渍法复合无纺布

PVA真空浸渍涤纶长丝无纺布的制备：

(1)PVA溶液的制备：将0.6g聚乙烯醇(PVA)在90oC水浴条件下分散溶解于100ml去离子水中形成透明水溶液。

(2)超声处理：取1g面积为10cm×10cm的面密度为20g/m2的无纺布分散浸泡上述溶液后，超声处理以促进无纺布在高分子聚合物溶液中的分散。

(3)真空浸渍：在真空条件下保持水浴加热2h，促进无纺布纤维孔隙中空气的完全排除，并促使高分子聚合物完全填充在无纺布纤维孔隙中。

(4)溶剂的去除：将浸渍后无纺布在95oC条件下鼓风干燥烘干以去除水分得到复合后无纺布材料。

(三)对照实验

按照上述实验部分，取消真空浸渍过程，将无纺布在常温常压条件下水浴加热2h。

三、结果与讨论

(1)真空浸渍后复合无纺布对于电解液的吸收率虽略小于对照组，但仍保持较高的电解液吸收率。较大的电解液吸收率保证了电解液中中对于锂离子供应，而复合无纺布材料上纳米级的孔径为锂离子在正负极之间的跃迁提供了大量的离子通道，有利于锂离子电池使用寿命的延长及大倍率充放电性能[3]。

(2)真空浸渍法复合无纺布具有更薄的厚度，更大的孔隙率、更大的拉伸强度和更小的热收缩率，使锂离子电池更加微型化，机械加工性能更稳定和具有更好的电化学稳定性[6][11]。有助于锂离子电池使用寿命的延长和大倍率充放电性能[7]。

四、结论

本实验所制备涤纶长丝无纺布基体复合材料的方法与现有技术相比，其优势在于以下几个方面：(1)利用真空浸渍实现了高分子聚合物对无纺布纤维孔隙的完全填充，使得复合材料保持较高的孔隙率，解决了现有复合材料易分层的问题，将高分子聚合物和无纺布复合成一个整体并制备了纳米级孔隙用于锂离子的迁移。(2)所制得电池隔膜，具有热缩率小，孔隙率高和锂离子传质阻抗小、电化学性能优于现有商用聚乙烯隔膜的优势。(3)本实验所采用的合成方法简单，制备过程不涉及有毒试剂的使用，适用于多种面密度、高透气性的PET亲水无纺布做基体材料。本实验制备的PET无纺布基复合隔膜材料可用于制备便携式或动力型锂离子电池。