聚酰亞胺PI用于鋰離子電池隔膜的優(yōu)勢
所屬分類：行業(yè)資訊點擊次數(shù)：1375 次發(fā)布日期：2021-12-29 10:50
隔膜作為鋰離子電池的核心元件之一，其主要作用是機械隔離電池正、負極，防止兩者直接接觸而短路，在阻礙電子通過的同時允許鋰離子的順利遷移。隔膜是一個具有高附加值，高技術(shù)壁壘的材料。它雖然不直接參與電化學反應，但其結(jié)構(gòu)和性能最終影響到電池的使用安全性、循環(huán)壽命和放電容量等實際工作參數(shù)。
目前，已商業(yè)化的隔膜主要是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等聚烯烴類。但聚烯烴類隔膜仍存在一些問題：
聚烯烴熔點低，所制隔膜的熱尺寸穩(wěn)定性差，給電池的高溫使用安全性造成隱患；
聚烯烴材料極性低，本征疏水，與高極性電解液之間的親和性差；
聚烯烴材料主要采用干法或濕法制膜，所制備隔膜的孔隙率較低（約40%），給 Li+的跨膜傳輸帶來一定阻力。
傳統(tǒng) PI 材料難以溶于大多數(shù)有機溶劑，且具有非常高的熔融溫度Tm和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。這種“難溶難熔”的特性大大限制了PI材料加工成膜性。據(jù)文獻報道，目前PI隔膜的制備方法主要包括模板法、相轉(zhuǎn)化法和靜電紡絲法。
模板法需要先制備含有致孔劑的PI復合膜，隨后利用化學腐蝕、溶劑溶解或煅燒等方法除去致孔劑，得到PI多孔膜。常用的致孔劑有金屬氧化物、氫氧化物或非金屬氧化物等。
浸沒沉淀法是將聚酰胺酸（PAA）前體溶液或可溶性PI溶液刮涂在載體（如玻璃等）上，浸沒至非溶劑中，利用聚合物在其溶劑/非溶劑的混合溶液中發(fā)生相分離。除去溶劑后，非溶劑所占空間就形成了孔道。通過改變鑄膜液配方和工藝條件，可以對多孔膜的孔結(jié)構(gòu)進行簡單、有效的調(diào)控。
采用靜電紡絲技術(shù)制備的 PI 納米纖維膜具有高孔隙率和良好的電解液浸潤性，然而高孔隙率也會帶來隔膜力學性能的降低，給電池的組裝和使用帶來壓力。另一方面，PI 納米纖維膜的大孔徑尺寸也帶來了電池的自放電問題。鑒于此， 研究人員對 PI 隔膜，特別是PI納米纖維膜進行了一系列高性能化改性工作。
涂覆改性法可以實現(xiàn)隔膜的功能化改性，但仍存在一些缺點：一方面，涂覆層的引入增加了隔膜質(zhì)量，降低電池的能量密度；其次，涂覆層會帶來一定程度的堵孔效應，增加 Li+ 遷移的阻力；最后，當涂覆層與基體之間的相互作用較弱時，增加了界面間阻力，而且長期使用過程中存在脫落的風險。
共混也是一種簡單、有效的高性能化改性方法，只需要在成膜前或過程中引入改性劑。
凝膠填充法即在 PI 隔膜內(nèi)部孔隙中注入凝膠聚合物電解質(zhì)，來改善 PI隔膜的吸液保液能力。
采用靜電紡絲所制備的納米纖維膜中，由于纖維與纖維之間不存在相互作用，納米纖維膜的機械強度較低，難以滿足電池組裝過程對隔膜的張力要求。為提高納米纖維膜的機械強度，研究者采用熱致微交聯(lián)、溶致微交聯(lián)、堿液刻蝕和同軸紡絲等手段制備具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PI納米纖維膜。
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