隔膜是鋰離子電池(LIBs)中必不可少的組成部分,它極大地影響著電池的電化學性能。商用鋰離子電池隔膜較差的電化學性能限制了其在電動汽車和儲能系統中的使用。聚烯烴基隔膜的低孔隙率、高熱收縮率和較差的熱穩定性導致其電化學性能較差。這個問題可以通過使用不同類型的聚合物隔膜以及使用不同的隔膜制造技術來解決。近年來,靜電紡絲技術備受關注,其有助于設計出具有高孔隙率、比表面積、電解質吸收率和離子電導率的新型隔膜材料。在各種聚合物隔膜中,聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物因其良好的機械強度、熱穩定性、非反應性、易于加工性等吸引人的特性而被廣泛用作LIB隔膜。考慮到PVDF基聚合物與靜電紡絲技術的相關性,本綜述重點介紹了不同PVDF基靜電紡絲隔膜對電池性能的影響、用于提高電化學性能的不同材料和方法及其最新進展。基于PVDF的電紡隔膜(單一聚合物、聚合物共混物和納米復合材料)、孔隙率、共混成分、納米填料-電池性能的相互作用表明,未來PVDF基隔膜有望在鋰離子電池中發揮主要作用。
圖1:鋰離子電池的充電/放電機理
圖2:靜電紡絲裝置示意圖
圖3:不同類型的電紡納米纖維
圖4:不同高壓下PVDF納米纖維隔膜的低倍和高倍SEM圖像:(a,b)13kV,(c,d)15kV和(e,f)17kV
圖5:PVDF-HFP(a)、PI(b)、PVDF-HFP+PI(c)和PVDF-HFP/PI(d)電紡非織造布的SEM圖像和纖維直徑分布
圖6:PVDF-HFP+PI(a)和PVDF-HFP/PI(b)熱交聯處理后的SEM圖,PVDF-HFP膜的DSC曲線(c),PI、PVDF-HFP+PI和PVDF-HFP/PI電紡膜在熱交聯處理之前(d)和之后(e)的應力-應變曲線
圖7:PVDF稀溶液摻雜后不同PVDF/PAN比率的SEM圖像:(a)10/0,(b)7/3,(c)5/5,(d)3/7,(e)0/10。比例尺為10μm(插圖:2μm)
圖8:電紡PVDF-CTFE膜(a,b)和Sb2O3/PVDF-CTFE復合膜(c,d)的SEM圖像。Sb2O3/PVDF-CTFE納米纖維膜的TEM圖像(e)和應力-應變曲線(f)
圖9:a,b)Al2O3摻雜電紡PVDF-TrFE在不同放大倍率下的TEM圖像
圖10:PP隔膜、PVDF-HFP和PVDF-HFP-PDA退火處理30min后的光學照片
圖11:浸涂法制備PVDF/Al2O3復合膜
圖12:SEM照片:(a和c)分別為PVDF膜和PVDF/Al2O3復合膜的俯視圖。(b和d)PVDF膜和PVDF/Al2O3復合膜的橫截面SEM照片
圖13:纖維膜的表面SEM顯微照片:(a)SiO2-PVdF;(b)SiO2-PVdF-g-10PMMA;(c)SiO2-PVdF-g-20PMMA;(d)SiO2-PVdF-g-30PMMA。比例尺:5μm