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锂离子电池隔膜中纳米通道的离子输运研究

李林  殷秀楠  周建军  
【摘要】:随着移动通讯等技术的快速发展,锂离子电池在人们的日常生活中变得不可或缺,聚烯烃隔膜是锂离子电池中非常重要的高分子材料。在锂离子电池充放电过程中,聚烯烃隔膜起着隔离正负极和输运锂离子的功能。虽然工业上已实现了锂离子电池隔膜的规模制备,但对锂离子在纳米通道中,特别是有机电解质体系中电场驱动的输运行为的研究,一直没得到重视。本文正是针对这一问题,采用不同形状和孔径大小的单个聚丙烯纳米通道中锂离子的输运行为开展了研究。在建立了表征单个纳米通道中锂离子的输运行为方法后,进一步拓展到复杂的多通道锂离子电池隔膜的研究上。我们采用径迹刻蚀法,制备了孔道形状分别为圆柱形及单锥形的带有单个纳米孔道的聚丙烯隔膜。通过SEM表征纳米孔道的孔道形状及尺寸大小,对纳米孔道进行了浸润性、粘滞力等表征。通过测量孔道伏安特性曲线,得到孔道尺寸仅对离子传输的强度有影响。在水体系中,非对称的孔道形状导致非对称的离子传输,而孔道形状对于有机体系中离子传输则没有明显影响。上述研究为锂离子电池隔膜的制造和使用提供指导。

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