锂离子电池水性PVDF涂覆隔膜研究前景分析

锂离子电池水性PVDF涂覆隔膜研究前景分析

陈真

广东卓高新材料科技有限公司  526100

[摘要]锂离子电池以外壳、隔膜、电解液、正负极为主，隔膜是电池内部核心部件之一，对正负极可起到一定隔绝作用，避免正负极产生接触情况后发生短路。目前，通过对基膜进行表面陶瓷层涂覆，对隔膜自身电性能、安全性均可起到提升作用。为更好地运用研究该工艺，本文主要围绕着锂离子类型电池自身水性PVDF的涂覆隔膜相关研究前景开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

[关键词]电池；锂离子；水性；PVDF；涂覆隔膜；

前言：

锂离子类型电池自身水性PVDF的涂覆隔膜，属于现阶段极具有效性、可靠性的涂覆工艺，其对于电池自身安全性、热稳性、电性能等方面所起到提升作用十分显著，在电子亲和性上也有特有的优势。因而，综合分析锂离子类型电池自身水性PVDF的涂覆隔膜相关研究前景，有着一定的现实意义和价值。

1、实验过程

1.1材料及设备

实验所用材料包含着电解液、自制正极材料、陶瓷隔膜自制CF16S、粘合剂、分散剂、PVDF-HFP的粉料等；所用仪器设备包含着电化学操作站、鼓风类型干燥箱、透气度专用测试仪、NT-0.6L砂磨机等[1]。

1.2实验方法

1.2.1在制备PVDF-HFP水性浆料层面

把表面的活性剂、分散剂添加至特定量纯水当中，均匀搅拌过后添加PVDF-HFP的粉料，0.5h搅拌过后予以高速分散获取分散液，把增稠剂、粘合剂添加至分散液当中，予以均匀搅拌，待静置消泡，获取PVDF-HFP水性浆料。

1.2.2在制备PVDF-HFP水性涂覆隔膜层面

以凹版的辊涂布为主要方式，在自产CF16S陶瓷隔膜双面（陶瓷4μm厚度、基膜12μm）涂布PVDF-HFP水性浆料，单面涂覆实际厚度把控于1μm范围，鼓风的干燥箱处于60℃温度环境下予以中2min干燥处理，获取PVDF-HFP水性涂覆的隔膜。

1.2.3在性能测试层面

一是，在热收缩率层面。隔膜实际热收缩率，即测定表征隔膜的耐热性能基本手段。隔膜当中把12cm×12cm的样片裁出，样片中间位置画出两条互相垂直约10cm长度的线，把TD、MD两个方向标明，以阿贝比的长仪测出这两条线实际长度，将记录做好，隔热纸当中放置好隔膜，再放置130℃温度环境的恒温箱，待1h后把样片取出，冷却到室温予以测量，结合两条线烘烤前后长度变化情况，把热收缩率算出来；二是，在保液率层面。隔膜对于电解液的保液率，可将隔膜材料针对电解液实际吸收、浸润能力直观表征出来，属于隔膜实际浸润性一项关键性评定指标[2]。保液率越高，电池自身循环性、电性能就相对越好。测定保液率具体方法：称重待测隔膜，将其浸入至电解液实施4h浸泡，确保电解液可充分将隔膜浸润。隔膜取出，借助滤纸把隔膜表面位置多余的电解液吸取之后予以称重，借助列式，把陶瓷隔膜实际吸液率算出，该列式当中，代表隔膜把电解液吸收前期实际质量，代表隔膜把电解液吸收后实际质量。吸液过后的隔膜维持24h，结合隔膜前后实际质量比，把保液率算出；三是，在隔膜电阻层面。针对隔膜电阻，在手套的操作箱当中，组装隔膜样品为不锈钢材质隔膜及不锈钢材质阻塞型的电池，以电化学的阻抗谱手段测定隔膜的电阻，1-100Hz频率范围、5mV扰动电压。借助电化学的工作站实施隔膜样品实际阻抗谱信息数据有效测定、详细记录。

2、结果分析

2.1在形貌层面

通过陶瓷隔膜CI18D、CF16S电镜扫描可了解到，CF16S陶瓷隔膜SEM，该陶瓷所在表面呈不规则均匀性椭圆状颗粒，颗粒粒径平均0.6-0.8μm；CI18D陶瓷隔膜SEM，PVDF-HFP隔膜所在表面呈规则均一圆球状的颗粒，且紧密分布，PVDF-HFP颗粒分散的粒径是0.5μm，细致颗粒粒径可确保隔膜自身支撑作用得以增强，隔膜和材料实际接触面积得以增大，隔膜自身润湿性能、机械性能得以有效增强。

2.2在粘结性层面

PVDF，从属正极常见粘结剂，PVDF粘接剂基本机理为分子相互间作用力下，能够起到一定粘结作用，实现PVDF改性，作用机理包含两部分，其一为高分子量能够带来相应范德华力，还有就是因改性所致与箔材相互间有化学键作用产生。那么，不同正极材料，搭配不同方法下所合成PVDF，需结合匀浆工艺，如此才可获取良好效果。选定不同溶剂，PVDF水性涂覆的隔膜、PVDF油性涂覆隔膜。因存在纳米纤维的涂层，故此隔膜自身粘合性、兼容性相对较强，且安全性性，可有些改善与极片粘结，确保电池做硬，对变形所起到改善优良。

2.3在吸液的保液率层面

所谓吸液的保液率，即反应隔膜实际孔隙率，从属评价隔膜针对电解液的实际润湿性关键参数。隔膜吸液越高的保液率，对电解液的吸附及储存越为有利，离子实际电导率可提升。经CI18D、CF16S吸液的保液率对比实验分析可了解到，PVDF-HFP涂覆的CI18D隔膜为62.47%保液率、73.35%吸液率，CF16S陶瓷隔膜62.64%吸液率、39.34%吸液率，经PVDF-HFP涂覆后隔膜，保液率、吸液率均明显增长。PVDF-HFP经涂覆浆料过后隔膜，其吸液的保液率得以增加明显主要因PVDF-HFP的聚合物总体结构易于电解液吸附，有着极强电解液亲和力。

2.4在离子的电导率层面

隔膜离子的电导率，即衡量离子的传导速率关键参数。CI18D、CF16S隔膜的电阻各是2.674Ω、2.463Ω。设涂层后，隔膜增加了厚度，锂离子实际传递路径变大，增加隔膜电阻。CF16S、CI18D电导率各是0.828mS/cm、0.857mS/cm。相比较CF16S，CI18D实际电导率较高，因PVDF的聚合物所在链上内含有强大推电子基-CF2，还有PVDF介电有着极高常数（即ε=8.5），对更为充分溶解锂盐较为有利，载流子的浓度得以增加，方便锂离子和离子实现导通；PVDF-HFP有着较低的结晶度，电解液被吸收过后溶胀，且呈凝胶状，该Li+穿过无定形态PVDF-HFP非晶相的区域，涂层传递的阻力降低。

2.5在测试电池循环层面

从CI18D、CF16S组装成为软包电池过后，经500周循环容量的保持率当中可了解到，两种隔膜自初期状态至500周循环容量的保持率呈下降趋势，CI18D所制备的电池经500周循环，容量的保持率达89.41%，其高于CF16S经500周循环过后容量84.8%的保持率。相比较CF16S电池，CI18D电池的循环性更占据优势性，因PVDF-HFP隔膜吸液的保液率高于CF16S的陶瓷隔膜，电池有着良好稳定性，循环周数持续增长，陶瓷隔膜吸液的保液率呈下降趋势，电池较差循环性能便逐渐凸显出来。

3、结语

从总体上来说，锂离子类型电池自身水性PVDF的涂覆隔膜其对于电池自身安全性、粘结性、机械性、电性能等所起到作用较为突出，可持续应用于电池制备过程当中，对锂离子类型电池产业发展可起到促进作用。

参考文献：

[1]王晨,贺辛亥,郭志昂,等.静电纺制备PVDF基锂离子电池隔膜的研究进展[J].合成纤维,2020,37(001):338-339.

[2]王晨,贺辛亥,郭志昂,等.静电纺制备PVDF基锂离子电池隔膜的研究进展[J].合成纤维,2020,24(011):299-300.