Fibers Polym.：由直徑均勻的電紡聚丙烯腈非織造纖維制備鋰離子電池隔膜

DOI: 10.1007/s12221-020-1243-4

采用優化的靜電紡絲參數，以直徑均勻的聚丙烯腈（PAN）纖維為原料制備了鋰離子電池隔膜。在這項工作中，將變異系數（CV）作為評估纖維直徑均勻一致性的指標之一。將最均勻的纖維膜與具有不同均勻性的對照組進行比較。研究了膜的孔隙率、電解質吸附量、機械拉伸強度和熱穩定性等參數對纖維直徑均勻性的影響。將該膜組裝到由鈷酸鋰正極和石墨負極組成的紐扣電池中，并測試電池的性能。隨著纖維直徑均勻性的增加，離子電導率提高，界面電阻降低。該隔膜提高了放電容量（在0.2C速率下為181 mAh·g-1），C-速率循環性能和庫侖效率（99.64％），這表明均勻的膜可作為高性能鋰離子電池隔膜的候選材料。

圖1.用于制備電紡PAN纖維膜的實驗裝置；（a）靜電紡絲設備的示意圖和（b）照片。

圖2.變異系數信噪比的主效應圖。

圖3.PAN纖維膜的SEM圖像和纖維直徑分布。

圖4.PAN隔膜的TG-DTA曲線；（a）放熱反應和（b）重量減輕。

圖5.PAN纖維膜的拉伸強度測試。

圖6.電解質吸附量隨時間的變化。

圖7.隔膜的EIS奈奎斯特圖。

圖8.Celgard和PAN電紡纖維膜的線性掃描伏安曲線。

圖9.在不同的C速率（CC條件）下，帶有隔膜1至隔膜3的電池的充電/放電行為；（a）0.2C，（b）0.5C，（c）1C，（d）2C和（e）C速率放電能力的比較。

圖10.（a）在50個循環中使用不同隔膜的電池的循環性能，以及（b）在CC負載條件下，當C速率為0.2C時，庫侖效率與循環次數的關系。