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静电纺丝法制备锂离子电池用PVDF/PU纳米纤维隔膜

瞿威  
【摘要】:静电纺丝技术是目前制备超细纤维和纳米纤维重要的方法之一。本文主要针对聚偏氟乙烯(PVDF)以浸滞法和共纺丝法引入聚氨酯预聚体(PUR)组成双组份膜。引入PUR的目的在于利用其聚合反应,形成低软化点的聚氨酯(PU),使其与PVDF形成半互穿网络,从而提高静电纺丝纤维膜的力学性能,同时使复合膜起到一定自关闭性。 首先探讨各种因素对PVDF静电纺丝纤维形貌及直径分布的影响。以扫描电镜(SEM)对纤维形貌进行表征,得到了PVDF体系的最佳静电纺丝条件为PVDF质量浓度12wt%、混合溶剂中DMF/丙酮质量比6/4、接受距离12cm、工作电压15kv、流量0.3mL/h。 在PVDF体系中加入PUR,于PVDF的最佳纺丝条件下进行静电纺丝,讨论PUR加入量、聚合反应对电纺丝纤维形貌的影响,并以SEM进行表征。SEM结果表明,PUR的质量分数为5wt%时,纤维生长最好;PUR加入量在其聚合反应前对纤维形貌没有显著影响。而聚合反应后,随着PUR加入量的增加,纤维直径有变粗的趋势。 将PVDF纤维膜浸渍在不同质量分数的PUR溶液中,后处理得到PVDF/PU双组份纤维膜,讨论PUR的聚合反应对PVDF纤维膜形貌的影响,并以SEM表征。SEM结果表明,浸渍PUR溶液的质量分数为8%时,纤维膜结构形貌最好;聚合反应后,纤维直径有变粗的趋势,纤维与纤维之间粘结。 在对上述两种方法制备的纤维膜进行的膜性能测试中发现,聚合反应能够提高纤维膜的力学性能,共纺丝法制备纤维膜拉伸强度由4.5Mpa提高到7.5Mpa,浸渍法制备纤维膜拉伸强度由4.5Mpa提高到11.2Mpa。对孔隙率和吸液率的测定表明,浸滞法制备的纤维膜分别达到65+2%,230+10%;而共纺丝法制备的纤维膜分别分别达到80%,342%。对电导率的测试表明,浸滞法制备的纤维膜达到0.88 x 10-3;共纺丝法制备的纤维膜达到1.18x10-3。热稳定性测试表明,在200℃内,浸滞法纤维膜未发生收缩,而共纺丝法制备纤维膜收缩率为3%。说明浸滞法制备的纤维膜具有较好的力学性能和热稳定性。


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