锂离子电池相关材料的制备及性能表征

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本课题设计并制造了六层结构的锂离子电池用软包装复合材料,即:尼龙层1/外层粘结层2/铝箔层3/化学转化膜层4/内层粘结层5/热封层6,针对该复合结构中的关键材料进行了深入研究:探索了预处理对铝箔性能的影响,开发了一种环境友好型化学转化膜,制备了内层粘结层(官能化PP),并最终制备出软包装复合薄膜。除上述内容外我们还进行了锂离子电池相关材料铜镀镍极耳的制备及性能研究。主要的研究内容和结果如下:  首先,我们研究了预处理工艺对铝箔性能的影响。对铝箔分别进行了碱洗、酸洗、碱洗+酸洗的预处理,之后对其进行了铬化处理,研究了这三种预处理工艺对铝箔表面光亮度、表面形貌、耐蚀性能及粘结性能的影响。结果表明:预处理为碱洗时所得样品的光亮度最高,表面也最平整,且80s内随碱洗时间延长,铬化铝箔的耐蚀性能不断增强,碱洗时间对粘结性能影响不大;预处理为酸洗时所得样品光亮度较低,表面平整性差,其耐蚀性能60 s内随时间延长而增加,60 s后随时间延长而减弱,酸洗时间对粘结性能影响不大;预处理为碱洗+酸洗的铬化样品其光亮度与单纯酸洗的相似,耐蚀性较差。  其次,我们在铝箔表面制备了环境友好的钼基化学转化膜。重点研究了钼基化学转化膜的结构组成及温度对其表面性能、耐蚀性能、粘结性能的影响。结果表明:钼基化学转化膜的主要结构组成为Al2(MoO4)3、MoO3和(MoO3)x(P2O5)y;其表面呈“泥裂”结构,随温度升高其表面粗糙度逐渐增大;该钼基化学转化膜在温度为40℃时其耐蚀性能最大;随温度升高所制备钼基化学转化膜与铝塑膜内层粘结层之间的剥离强度逐渐升高,在50℃时达到最大为11 N/15mm,40℃以上所制备转化膜满足铝塑膜对粘结性能的要求。  之后,我们制备了铝塑膜用内层粘结层,即官能化PP。重点研究了单体用量、引发剂用量、共单体用量及温度对PP接枝马来酸酐(PP-g-MAH)接枝率、熔融指数及结晶行为的影响,我们还制备了另外两种官能化PP:PP接枝丙烯酸(PP-g-AA)、PP接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PP-g-GMA),并对这三种官能化PP的相关性能进行了表征。结果表明:随单体用量增加其熔融指数降低,接枝率升高,结晶度高于纯PP;随引发剂用量增加其熔融指数升高,接枝率先升高后降低,结晶度高于纯PP;随共单体用量增加其熔融指数先降低后趋于平稳,接枝率先升高后趋于平稳,结晶度高于纯PP;随温度升高其熔融指数先维持不变后迅速升高,接枝率先升高后降低,结晶度高于纯PP。  在上述研究的基础上我们制备了锂离子电池用铝塑膜成品。重点研究了表面处理工艺、官能化PP的选择对铝塑膜性能的影响,并对铝箔和内层粘结层之间的粘结机理进行了初步探讨。结果表明:钼基化学转化处理和铬化处理均可满足铝塑膜对铝箔处理的性能要求;本文所制备的PP-g-AA和PP-g-MAH可满足铝塑膜对内层粘结层的性能要求;铝箔和PP间高剥离强度的原因主要是铝箔和官能化PP间形成了新的化学键,而铝箔表面产生“泥裂”结构所引起的机械锁合作用对剥离强度的贡献较小。  最后,我们制备了锂离子电池用铜镀镍极耳,并研究了温度、时间、PH对材料表面性能及耐蚀性能的影响。结果表明:要得到表面平整的化学镀层处理时间需在10min以上,温度最好在75℃或80℃,PH对其表面形貌影响不大,但不可超过9;镀层在制备温度为75℃,时间为25min,PH为7时材料的耐蚀性能最好;样品具有优异的耐电解液性,表面经高温电解液浸泡后不会变黑。
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