聚偏氟乙烯(PVDF)具有优良的力学性能、热稳定性和化学稳定性,以及易于成膜等特点,在锂离子电池隔膜领域受到了关注。
PVDF用于制备锂离子电池的隔膜具备以下特点:
孔隙率高,隔膜透过能力强;
具有电化学性能稳定;
增加隔膜对电解液的润湿性以及保液性,增加电池安全性;
具有较好的机械强度;
高温使用条件下能保持化学稳定性。
但是PVDF较高的结晶度和界面电阻,使其包埋液体电解液的亲和力差,限制了PVDF在锂离子电池隔膜领域的应用。为了改善 PVDF隔膜的相关性能,扩大其应用范围,研究人员采用了很多改性方法,本体改性和表面改性是PVDF隔膜改性常用的两大方法。
PVDF 隔膜本体改性
共混改性
PVDF隔膜的共混改性工艺流程简单,只需在PVDF主体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。共混改性操作简便,无需繁琐的后处理工序,因此它是目前最常用的PVDF隔膜改性手段。
根据材料类别和属性,PVDF隔膜共混改性可以分为无机填充改性和有机共混改性。无机填充改性主要是在PVDF主体中掺杂陶瓷填料,如SiO2、TiO2、Al2O3 、CeO2、MgO、ZnO和NiO等,这些填料可以通过降低PVDF的结晶度和通过Lewis酸与电解液中的离子物质相互作用来提高PVDF隔膜电池的充放电性能。
纳米陶瓷填料的加入,提高了PVDF隔膜基体的机械稳定性,从而可以防止PVDF隔膜 的热收缩和机械故障。纳米填料在PVDF隔膜中的分散性至关重要,为了有效发挥纳米填料的作用,必须确保其在PVDF隔膜中的分散水平达到纳米级。
有机共混改性是指通过共混在PVDF基体中加入其他聚合物基体 。该聚合物的存在使PVDF结构中产生无定型区,从而降低PVDF隔膜的结晶度, 进而提升PVDF 隔膜的液体电解液亲和性。与此同时,PVDF微晶区作为物理交联点,提供足够的力学强度。该共混隔膜也兼具了两种聚合物基体的特点,表现出更加优异的特性。与无机填充改性类似,共混隔膜中两种聚合物基体的兼容性也至关重要,因 此,有机共混改性需要选择与 PVDF 兼容性较好的聚合物材料。