论文部分内容阅读
电池隔膜是二次电池最重要的组成部分之一。由于丙纶无纺布具有耐酸碱性、耐氧化性好等特点，是电池隔膜的理想材料。但是，由于其表面能较小、疏水性极强，难以满足电池隔膜对吸碱性能的要求。近年来人们一直在研究探讨通过等离子体表面改性的方法，来改善丙纶的亲水性和吸碱性能。
丙纶无纺布电池隔膜大面积等离子体表面改性，传统工艺过程存在着放电密度小、效率低、均匀性差、聚合沉积速率低等问题。针对上述问题，课题通过研究，根据射频空心阴极等离子体接枝聚合具有放电密度大、放电效率高、放电均匀性好、表面改性速率和均匀性好、放电区域和处理区域可以分离的特点，提出采用射频空心阴极等离子体对大面积丙纶无纺布电池隔膜进行表面改性。课题主要围绕其关键技术开展研究，具体研究内容和创新点如下。
(1)课题通过对容性耦合射频驱动空心阴极等离子体放电机理、以及大面积丙纶无纺布电池隔膜表面改性对等离子体放电要求的分析研究，设计了一种新型容性耦合射频驱动空心阴极等离子体放电方案。
(2)通过对空心阴极喷嘴区放电机理，主等离子区功率吸收、鞘层区功率吸收以及离子电流与空心阴极电极结构等问题的研究，构建了空心阴极喷嘴组件的等离子体放电动力学模型。应用粒子模拟和仿真软件，对空心阴极喷嘴组件进行了优化设计。
(3)通过对真空状态下气体输运特性的研究，应用流体分布数值模拟和管道流体理论，分别对放电气体浓度分布和接枝单体浓度分布进行讨论，较为深入地探讨了相关参数对接枝单体浓度分布的影响，通过仿真对其进行了优化。
(4)通过对丙纶无纺布等离子体接枝聚合作用机理的研究，分析了等离子体接枝聚合基元反应过程，建立了丙纶无纺布材料等离子体接枝聚合动力学模型，得到了影响接枝聚合沉积速率的关键因素，提出了增强等离子体接枝聚合时效性和提高接枝聚合沉积速率的方法。
(5)在理论研究的基础上，研究设计了一个空心阴极等离子体大面积电池隔膜表面改性实验系统，通过实验研究，对系统关键参数进行了优化。实验也证明了利用空心阴极等离子体表面改性技术，可以提高隔膜的亲水性和吸碱性能，同时，研制出了大面积的高性能二次电池隔膜。
本课题主要创新点：
(1)设计了一种新型的容性耦合射频驱动空心阴极等离子体表面改性方案，较好地解决了传统等离子体放电密度小、效率低、均匀性差、表面改性实效性差等问题。
(2)构建的空心阴极喷嘴组件的等离子体放电动力学模型，研究了主等离子体区和射频鞘层区的电子密度与空心阴极喷嘴结构、气体压强、射频电场、气体性质等之间的关系，为空心阴极喷嘴组件设计提供了理论依据。
(3)通过对丙纶无纺布等离子体接枝聚合作用机理的研究，建立了丙纶无纺布等离子体接枝聚合动力学模型，论证了影响接枝聚合沉积速率的关键因素。
(4)通过实验研究对系统关键参数进行了优化，为大面积高性能二次电池隔膜薄膜材料等离子体改性提供了理论与实验基础。