锂离子电池用聚酰亚胺纳米纤维隔膜
锂离子电池用聚酰亚胺纳米纤维隔膜
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
关键词：静电纺丝；聚酰亚胺；纳米纤维网；多层结构；力学性能；锂离子电池；隔膜；电化学性能
随着锂离子电池（LIBs）在全球IT设备、电动汽车和储能系统等领域越来越广泛的应用，为确保LIBs的**性，隔膜的热稳定性受到极大关注。由于聚酰亚胺（PI）具有优异的耐热性，研究人员通过静电纺丝方法制备PI纳米纤维网来作为LIBs隔膜。然而，PI纳米纤维网的机械性能较差，无法满足实际应用要求，亟需一种有效提高力学强度的改进方法。
近期，研究人员通过传统的静电纺丝方法分别制备了随机取向PI纳米纤维网和单轴取向的PI纳米纤维网，并利用后者作为增强层制备了力学性能显著改善的多层PI纳米纤维网，系统研究了其作为锂离子电池隔膜材料所需的物理和电化学性能。
实验采用聚酰胺酸进行纺丝，结构为PMDA/ODA，溶剂为DMAc/THF的混合溶液（质量比10:3）。通过在具有随机排列的普通PI纳米纤维层之间，插入沿纵向（MD）和横向（CD）单轴取向的PI纳米纤维网以作为增强层，制备得到多层结构的PI纳米纤维网。
形态分析结果表明，在PI纳米纤维网内形成了良好的多层结构，并且实现了增强层在纵向和横向上的单轴取向。与随机取向的PI纳米纤维网相比，多层PI纳米纤维网的拉伸强度由25MPa提高至55MPa，模量也有显著增大，二者的提高幅度分别为120%和359%。
与普通静电纺丝方法制备的随机取向的PI纳米纤维网相比，在多层PI纳米纤维网中尽管引入了单轴取向的中间增强层，但其孔隙特性、热收缩率和电解质稳定性均没有发生显著变化。二者的孔隙率分别为91.15%和89.64%；在180℃氮气氛围下经1小时热收缩试验，都没有观察到因高温热处理而产生的任何热收缩，这是由于PI具有优异的耐热性而使两种PI纳米纤维网具有共同的耐热收缩特性。
研究人员进一步以使用Li/CoO2/石墨作为电极、以多层PI纳米纤维网作为隔膜，制作了纽扣电池以评价多层纳米纤维网的电化学性能。
与商用的Celgard 2400膜相比，基于多层PI纳米纤维网的纽扣电池具有良好的电化学性能，显示出类似的充放电循环结果。在 0.1 C 倍率下，以Celgard 2400膜和多层PI纳米纤维网作为隔膜的电池初始放电容量分别为151.3和152.4mAh/g；在15次循环后的循环寿命效率分别为98.2%和98.5%，二者无明显差异。
实验结果表明，通过PI纳米纤维网内的增强层引入可有效提高其机械性能，同时该类多层PI纳米网还具有优异的耐热性能，有望应用于锂离子电池膜等领域。
研究成果发表在国际学术期刊 Fibers and Polymers （2021，Published Online），**和通讯作者分别是韩国国立忠南大学的Park Y S和Jee M H、Baik D H。
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
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