Page 105 - 精细化工2019年第10期

第 10 期 刘落恺，等: 静电纺 PPEK/SiO 2 锂离子电池隔膜的制备及性能 ·2071·

可以看出，采用静电纺丝制备的纤维膜，其孔
隙率和吸液率均高于 PP 隔膜，这是由于静电纺丝构
造的三维孔洞结构有助于孔隙率和吸液率的提高。
对于 PPEK 电纺纤维膜，随着 SiO 2 质量分数的增加，
纤维膜的孔隙率和吸液率逐渐增加，其中，PPEK
的孔隙率和吸液率分别为 179%和 1031%。这是由于
随着 SiO 2 质量分数的增加，纤维的直径增大，纤维
搭接形成的空间变大，孔隙率增加，更大的孔隙率
和 SiO 2 的存在使其具有更高的吸液率 [20] 。
2.3 电解液浸润性
隔膜的电解液浸润性影响锂离子电池性能，贫
乏的电解液浸润性会影响锂离子电池的长期循环性
能和电池装配。图 2 为 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜
a—PP；b—PPEK-0；c—PPEK-2；d—PPEK-4；e—PPEK-6；f—PPEK-8 的电解液浸润性。如图 2 所示，电解液在 PP 隔膜上

图 1 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的 SEM 图像 呈液滴状，浸润性较差，而在 PPEK 电纺纤维膜上
Fig. 1 SEM images of PP separator and PPEK electrospun 均能够迅速渗入并很快地浸润扩散。PP 隔膜的疏水
membranes
性表面和较低的表面能使其与电解液的浸润性较
表 1 PPEK 电纺纤维直径 差，电解液在其表面呈液滴状，而 PPEK 电纺纤维
Table 1 PPEK electrospun nanofibers' diameter 膜由于材料本身的极性亲和性及 SiO 2 的添加，使其
PPEK-0 PPEK-2 PPEK-4 PPEK-6 PPEK-8 具有更好的电解液浸润性 [26] 。
直径/μm 0.73±0.08 0.78±0.15 0.88±0.21 0.96±0.29 1.01±0.37

如图 1a 所示，PP 隔膜表面上有按一定方向排
列的裂缝状微孔结构，孔结构致密，孔径大小在亚
微米级。如图 1b~f 所示，静电纺制备得到的 PPEK
纤维膜形貌良好，无黏结的现象，纤维相互穿插搭
接形成三维的多孔结构。图 1b 为纯 PPEK 纤维膜的
SEM 图，单根纤维的粗细均匀，直径约为 0.73±
0.08 μm。图 1c~f 为加入 SiO 2 后的复合电纺纤维膜，
当 SiO 2 质量分数为 2%、4%时，纤维仍保持粗细均
匀且表面光滑，直径变粗。当 SiO 2 质量分数增加到

6%、8%时，纤维表面变得粗糙，且直径有所增加。
a—PP；b—PPEK-0；c—PPEK-2；d—PPEK-4；e—PPEK-6；f—PPEK-8
这可能是 SiO 2 的加入使得电纺液黏度增加而导致纤
图 2 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的电解液浸润性
维直径增加，当 SiO 2 质量分数增加到一定程度时难以 Fig. 2 Wettability of PP separator and PPEK electrospun
分散均匀而倾向于团聚，使得纤维表面变得粗糙 [24-25] 。 membranes
2.2 孔隙率和吸液率
2.4 热稳定性
锂离子电池隔膜需要有一定的孔隙结构来维持
决定锂离子电池安全性能的关键是隔膜在高温
电解液存储量，因此，孔隙率是影响吸液率、离子
下的热稳定性。隔膜的热收缩率越大，表明热稳定
电导率、内阻、电池性能的重要因素之一。吸液率
性越差。对锂离子电池隔膜而言，热收缩率的最低
是反映隔膜与电解液亲和性的重要指标。表 2 为 PP
要求为：隔膜置于 90 ℃下热处理 1 h，热收缩率不
隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的孔隙率和吸液率。 能超过 5% [27] 。图 3 为 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜

表 2 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的孔隙率和吸液率 的热收缩率。
Table 2 Porosity and electrolyte uptake of PP separator and 由图 3 可知，几种样品膜均能满足锂离子电池
PPEK electrospun membranes 隔膜对于热收缩率的最低要求，但 PPEK 电纺纤维
PP PPEK-0 PPEK-2 PPEK-4 PPEK-6 PPEK-8 膜具有更优异的热尺寸稳定性，在 200 ℃高温下热
孔隙率/% 41 120 146 156 179 184 收缩率均为 0，形状几乎没有变化。温度升高到
吸液率/% 116 621 832 908 1031 1095 200 ℃以上，PPEK 电纺纤维膜随着 SiO 2 质量分数