【应用】一种绿色、低成本改性锂离子电池隔膜的方法

隔膜在锂离子电池（LIB）中，对电池的安全性起着重要作用。目前，商业化的隔膜以聚烯烃为主。然而，聚烯烃隔膜由于其低的表面能而具有疏水表面，不能吸收较多的电解液使电池性能受到制约。此次开发了一种成本低、绿色环保的隔膜改性方法，通过引入聚乙烯醇（PVA）来改善聚乙烯（PE）隔膜表面疏水的特性，并研究了其结构与性能。

一.样品制备方法

改性PE隔膜的制备：首先将PE隔膜放入无水乙醇中浸润，随后放入1%（w）的PVA去离子水溶液中浸泡，30 min后取出，用滤纸擦去隔膜上的残留溶液。再将隔膜放入用稀盐酸与去离子水调制的pH=2，戊二醛质量分数为25%的混合溶液中进行交联，升至60 ℃反应30 min，反应完成后将隔膜于60 ℃烘干，ZH将隔膜放入去离子水中浸泡后再烘干，得到改性PE隔膜。

二.表征仪器

KRÜSS DSA30S液滴形状分析仪，表征隔膜改性前后接触角和润湿性的变化。

三.结果和讨论

1、隔膜的表面形貌与孔隙率

从图1可以看出：改性前后PE隔膜的微孔结构分布均匀，有着大致相似的孔径分布；改性前后PE隔膜的孔隙率没有显著降低，说明PE隔膜经过PVA交联改性后微孔结构没有显著改变，不影响隔膜在工作环境下的离子传输速率。

图1. 改性前后PE隔膜的SEM照片

2、亲水性

为探究隔膜表面的亲水性，进行了瞬时水接触角测试，改性PE隔膜的水接触角明显降低。PE隔膜的水接触角为98.6°±2.7°，而改性PE隔膜的水接触角为66.5°±1.8°，说明改性PE隔膜的表面更亲水，这是由于PVA的羟基被引入到了隔膜表面，降低了隔膜的表面能，且亲水性的提高使隔膜对电解液的亲和能力提高，从而提高了隔膜的离子电导率，使装有隔膜的电池表现出良好的电池性能。

图2. 改性前后PE隔膜的接触角

3、电池性能

对装有两种隔膜的电池使用恒流模式，在充放电倍率为1.0 C时进行充放电，从图可以看出：经过200次循环后，PE隔膜和改性PE隔膜分别保持了其原有放电容量的88.2%，89.9%，说明改性 PE隔膜的循环寿命提高。

图3. 改性前后PE隔膜的循环寿命

在较低的放电倍率（如0.5 C）下，两组隔膜有着相近的放电容量，随着放电倍率的增加，两组隔膜的放电容量都有所下降，但改性PE隔膜的降幅较低，在放电倍率为10.0 C时，改性前后隔膜的放电容量仅为0.5 C放电倍率下放电容量的33.2%和39.7%。当放电倍率回到0.5 C时，两组隔膜的放电容量又回到了之前的水平。循环寿命与倍率容量的数据再次证实了PVA及其交联产物的引入确实可以改善电池性能。

图4. 改性前后PE隔膜的倍率容量

结论

通过改性PE隔膜，提高了隔膜的亲水性，改善了电池的循环寿命和倍率性能。

参考文献

程序，汪志伟，张素梅，兰芳，陈金耀，曹亚．聚乙烯醇交联改性聚乙烯锂离子电池隔膜的制备[J]．合成树脂及塑料,2021,38（1）：22-26.