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含氟聚酰亚胺纳米纤维的制备与性能研究

冯涛  
【摘要】:锂离子电池作为现代高性能电池的代表,在许多行业中发挥着重要的作用。隔膜是锂离子电池中的核心部件,对电池性能起着至关重要的作用。当前的隔膜大多采用多孔性聚烯烃材料,存在着孔隙率低、耐热性差、对电解液润湿性不好等缺点。 本论文旨在通过静电纺丝制备出含氟聚酰亚胺纳米纤维,以改善常规锂离子电池隔膜存在的问题,并与不含氟聚酰亚胺纳米纤维相比较。合成了两种新型含三氟甲基二胺单体2-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚和3-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚。4,4'-联苯醚二酐分别与4,4'-二氨基二苯醚、2-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚和3-三氟甲基-4,4'-二氨基二苯醚反应制备三种不同结构的聚酰亚胺,再利用静电纺丝制成纳米纤维无纺布膜,纺丝条件为施加电压10.67kV,推进速度0.67ml/h,接收距离24cm,环境湿度45%,周围温度25℃。核磁红外结果均表明目标聚酰亚胺已被成功制备。SEM测试表明三种聚酰亚胺纳米纤维表面光滑,直径均一,在200~1000nm的范围内,孔隙率均在74.3%~84.7%之间,相比常规隔膜商品Celgard2340的孔隙率仅为45%。耐热性能十分优异,在氮气中5%失重温度分别为514℃、532℃和495℃,Tg为246℃、238℃和227℃,并未出现熔融峰。对纯水和电解液(由碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯以质量比1:1配制而成)的静态接触角测试表明,三氟甲基提高了聚酰亚胺纳米纤维膜的疏水性,水接触角从117o上升至131o;并使其在电池电解液中的润湿性变强,电解液接触角从38.8o降至20.2o。这些结果表明,含氟聚酰亚胺纳米纤维膜能够很好提高其耐热性、孔隙率和对电解液的润湿性,为高性能锂离子电池提供了一个可靠的选择。


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