Page 106 - 精细化工2019年第10期

·2072· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

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的增加，热稳定性提高，这与文献中报道的结果相 电解液体系能够在 4.5 V（vs. Li/Li ）时仍保持稳定
符合 [28] 。PPEK 电纺纤维膜可以耐受更高的温度， 性。图 4 是 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的线性扫描
具有比 PP 隔膜更好的热稳定性，优异的热稳定性能 伏安曲线，曲线中电流密度发生变化的点所对应的
有利于提高锂离子电池的安全性能。 电压值即为该体系的电化学稳定窗口。如图 4 所示，

几种隔膜电解液体系大约在 4.6 V 之后电流开始增
加，体系开始不稳定，其电化学稳定窗口均在 4.6 V
左右，均能满足使用的要求。

图 3 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的热收缩率
Fig. 3 Thermal shrinkage rate of PP separator and PPEK
electrospun membranes

2.5 力学性能
图 4 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的线性扫描伏安曲线
隔膜需要具有一定的力学强度来承受电池组装
Fig. 4 LSV curves of PP separator and PPEK electrospun
过程中所施加的力，通常要求隔膜的杨氏模量大于 membranes
100 MPa [6,29] 。表 3 是 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜
2.6.2 离子电导率
的力学性能测试结果。PP 隔膜的杨氏模量大于 离子电导率的提高有利于电池循环过程中热量
PPEK 电纺纤维膜，这可能是因为 PP 隔膜具有结晶 的降低和循环稳定性的提高，是隔膜电解液体系的
性和较低的孔隙率，而电纺纤维膜是由亚微米级的 一个重要电化学参数。图 5 为 PP 隔膜和 PPEK 电纺
纤维搭接而成且孔隙率较高。随着 SiO 2 质量分数的 纤维膜的交流阻抗谱图，图中斜线与实轴的交点为
增加，PPEK 电纺纤维膜的断裂强度、杨氏模量降 本体电阻 R，通过公式（4）计算得到离子电导率 σ。
低，可能是因为 SiO 2 的增加使得单根纤维表面粗糙
不均匀，产生缺陷，且孔隙率增加，致密度下降。
当 SiO 2 质量分数为 6%时，PPEK-6 的杨氏模量为 120
MPa，满足力学性能的要求；当 SiO 2 质量分数增加
到 8%时，PPEK-8 的杨氏模量为 94 MPa，已不满足
力学性能的最低要求。

表 3 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的力学性能测试结果
Table 3 Tensile testing results of PP separator and PPEK
electrospun membranes

PP PPEK-0 PPEK-2 PPEK-4 PPEK-6 PPEK-8
断裂强度/MPa 12.0 6.5 6.0 5.8 5.3 4.6 图 5 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的交流阻抗谱图
杨氏模量/MPa 447 148 136 130 120 94 Fig. 5 EIS of PP separator and PPEK electrospun membranes

断裂伸长率/% 623 32 39 42 44 47 表 4 为 PP 隔膜和 PPEK 电纺纤维膜的本体电

2.6 电化学性能 阻和离子电导率。

2.6.1 电化学稳定窗口
表4 PP隔膜和PPEK电纺纤维膜的本体电阻和离子电导率
电解质在电池负极上的氧化分解是引发锂离子
Table 4 Bulk resistance and ionic conductivity of PP separator
电池安全事故的原因之一，可以通过测试隔膜电解 and PPEK electrospun membranes
液体系的电化学稳定窗口来研究电解质在电极上的 PP PPEK-0 PPEK-2 PPEK-4 PPEK-6 PPEK-8
氧化分解。除了高压电池体系，绝大部分锂离子电 R/Ω 4.71 2.72 2.04 1.65 1.31 1.10
+
–3
池的工作电压都低于 4.2 V（vs. Li/Li ），要求隔膜 σ/〔10 (S/cm)〕 0.28 1.27 1.69 2.09 2.63 3.13