聚合物-陶瓷多重改性聚乙烯隔膜提升锂离子电池耐久性与安全性的研究

本文设计了一种新型多重改性聚乙烯（PE）隔膜，通过Al2O3陶瓷与PMMA/PVDF-HFP聚合物粘合剂的协同作用，显著提升了锂离子电池（LIBs）的热稳定性、界面接触和Li+迁移能力。MFA-PE隔膜（水基一步涂覆）表现出强粘附性和高Li+迁移数（0.61），而FA-PE隔膜（有机涂覆相分离技术）则兼具高离子电导率与安全性。组装的NCM//石墨电池通过针刺、冲击等严苛测试，为高安全长寿命LIBs开发提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过一步涂覆技术开发了两种多功能改性PE隔膜：

1. MFA-PE隔膜：水基浆料涂覆Al₂O₃颗粒与PMMA/PVDF-HFP纳米球，兼具强粘附性（剥离强度2.21 N/m）和高Li⁺迁移数（0.61），室温循环1000次容量保持率达85.1%。

2. FA-PE隔膜：有机浆料结合相分离技术形成三维多孔结构，PVDF-HFP赋予低电解液溶胀率，45°C高温循环容量保持率76.8%。

Physicochemical properties

• 热稳定性：Al₂O₃涂层使PE隔膜耐热性提升至200°C以上，MF/A-PE隔膜热收缩率仅5%（160°C）。

• 界面优化：PMMA的柔性链段与PVDF-HFP的氟化协同增强电极-隔膜接触，降低界面阻抗。

Conclusions

Al₂O₃陶瓷与聚合物粘合剂的协同改性策略为高安全LIBs隔膜设计提供新思路，MFA-PE适用于常温高倍率场景，FA-PE则适配高温长循环需求。