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聚丙烯隔膜(PP)作为锂离子电池的重要组成部分之一,主要起分隔正负极和传输Li+的作用。但PP隔膜表面具有较高的表面能,表现出较强的憎水性,这不仅不利于电解液的浸润,还不利于电解液的保持。而且当温度达到PP的熔融温度时(165℃),会导致隔膜的微孔闭合以致隔膜失效。因此,提高PP隔膜的亲水性和热稳定性一直是研究的重点。当PP隔膜应用到锂硫电池时,又增加了一个新问题,即:聚硫化物的穿梭效应。因此如何改性隔膜,使之能有效减缓穿梭效应,就成为了PP隔膜改性研究的又一难点。本文针对这三个问题,对隔膜进行改性研究,并将其应用于锂硫电池,取得了良好的效果。(1)通过涂覆的方法,成功制备了具有Al2O3和CNT双涂层的改性隔膜(CAF)。因高熔点的Al2O3存在,使得隔膜的热稳定性增加,而且涂层的疏松表面能增加隔膜对电解液的润湿性,加速Li+的传输。将该改性隔膜应用于锂硫电池发现,涂层不仅能通过位阻效应,还能通过Al2O3与聚硫化物间的化学作用力,减缓聚硫化物的穿梭效应。CNT具有优异的导电性,可作为第二电极,进一步提高活性物质的利用率。因此采用CAF隔膜的锂硫电池,其放电容量和倍率性能得到大幅提升,在0.2 C下其首次放电容量为1096 mAh g-1,循环100圈后为760.4 mAh g-1,容量保持率为69.3%。(2)利用表面活性剂(吐温、曲拉通和聚乙二醇)的两性,使其疏水端紧密地粘附在隔膜上,亲水端上的-OH与生成的SiO2粒子上的-OH结合,从而将SiO2固定在隔膜表面。该改性隔膜使用寿命长,其润湿性和热稳定性也得到大幅提高。将其应用于锂硫电池时,SiO2和聚硫化物间较强的化学作用力,能有效缓解聚硫化物的穿梭效应。在0.2 C下的首次放电容量达937 mAh g-1,循环200圈后容量仍为603.5 mAh g-1,每圈的衰减率仅为0.05%。(3)通过苯胺自聚合沉积在隔膜上,成功制备了聚苯胺(PANI)改性的隔膜。PANI沉积层的疏松结构和高熔点(>350℃),使得该改性隔膜的润湿性和热稳定性有所增加。将其应用于锂硫电池时,导电PANI能提供更多的反应位点,有效缓解聚硫化物的穿梭效应,提高电池的循环性能和倍率性能。在0.2 C下其首次放电容量达925.4 mAh g-1,循环100圈后剩余429.9 mAh g-1。(4)利用多巴胺(PD)共聚沉积聚乙烯亚胺(PEI)至PP隔膜表面,从而制备PD和PEI共聚改性的隔膜。研究发现:改性隔膜表面的极性官能团(羟基和氨基)能降低隔膜的表面能,增加隔膜对电解液的润湿性。将改性隔膜应用于锂硫电池发现,改性隔膜上的阳离子聚合物PEI,能通过静电作用力将聚硫化物束缚,有效缓解穿梭效应,提升锂硫电池的电化学性能。在0.2 C下A1P3的循环性能最佳,首次放电容量达1033.4 mAh g-1,循环200圈后为411.1 mAh g-1。