纳米纤维固态电解质膜

  • 发布时间:2024.09.06
  • 作者:

◆背景

近年来,随着新能源汽车技术的快速发展,全固态电池作为下一代动力电池技术越来越受关注。作为关键材料之一的固态电解质是开发下一代高能、高安全可充电电池的关键。要实现全固态电池(ASSB)超越最先进锂离子电池(LIB)的理论能量密度,薄而坚固的固体电解质层至关重要。固态电解质主要分为三类:无机固态电解质(ISEs)、固态聚合物电解质(SPEs)和复合固态聚合物电解质(CSPEs),其中聚合物固态电解质(SPE)由于其高安全性、黏弹性、易成型及热稳定性等优点成为被广泛研究的对象。

全固态电池
固态电解质膜

 

◆有机固态电解质

有机固态电解质分为有机固态聚合物电解质和固态复合电解质,常见的用于聚合物固态电解质的材料包括:PEO、PAN、PMMA、PVDF/PVDF-HFP这几类聚合物,固态复合电解质主要是聚合物-无机材料复合电解质。常见的制备方法有固相球磨法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、喷雾干燥法、化学气相沉积法,其中溶胶-凝胶法常用的制备方法有溶液浇筑法、相转变法、原位聚合法、UV固化法、静电纺丝法。

 

一、溶胶-凝胶法

溶液浇筑法 相转变法 原位聚合法 UV固化法 静电纺丝法
干燥过程中挥发性物质的小分子会使凝胶急剧收缩变脆,在膜上产生小孔 一般只适用于聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物,可以通过结合支撑体结构等方法制备其他高强度凝胶电解质 反应物昂贵,原位聚合应用的底物比较有限,大多数选择热稳定性差的聚合物,少量使用不溶溶质的弹性体 紫外光固化形成的膜机械强度较低,不利于抑制锂枝晶与维护电池的安全性,需要与其他聚合物结合 纳米纤维膜具有良好的电解质吸附性能、均匀的孔径分布、 合适的比表面积和良好的液体电解质相容性。具有良好的聚合物加工能力,技术简单方便。可制备不同材料体系以及复合材料体系,使得膜的性能更加优异。通过放大设备,以及结合多种工艺可以实现低成本的批量生产制造。

 

二、静电纺丝-固态复合电解质

静电纺丝技术在制备纳米纤维材料具有很大的优势,如操作简单、尺寸和排列可控、可扩展性好,可以制备出具有固体、空心、多孔、核壳和互连结构的一维纳米材料,可降低电解质膜的厚度,提供3D支撑骨架并且可以与其他方法(气固反应、热压、溶液浇注、溶胶-凝胶法等)相结合,可以获得具有不同组成成分和结构的复合材料,从而对制备具有高性能的无机-有机复合固态电解质具有广阔应用前景。

  举例示意图
静电纺丝+溶液浇筑法
静电纺丝加溶液浇筑法
静电纺丝+溶液涂覆法
静电纺丝加溶液涂覆法
静电纺丝+压延工艺
静电纺丝加压延工艺
静电纺丝+静电喷涂+热压
静电纺丝加静电喷涂加热压
同轴静电纺丝
同轴静电纺丝
静电纺丝+静电喷雾+浸渍+压延
静电纺丝加静电喷雾加浸渍加压延
总结:复合固态电解质的无机和有机材料组成决定了其主要的性质,通过对聚合物基质和无机填料的结构设计可以有效的提高固态电解质的性能。此外,具有大比表面积和多孔的纳米材料为离子的传输提供快速通道形成自支撑,有效降低电解质膜的厚度,在聚合物基体中加入不同类型的纳米无机填料可以改善离子电导率、提高机械强度和热稳定性。

 

◆多功能静电纺丝生产线

我司深耕静电纺丝行业20多年,公司研发团队拥有200多项专利,10000多个合作客户,全球100多个产业化合作案例。固态电解质膜静电纺丝生产线,设备幅宽可选择1.2/1.6/1.8m,稳定纺丝的基体材料有:PEO、PAN、PMMA、PVDF/PVDF-HFP等聚合物,纤维直径可控制在200-500nm之间,生产效率高,以纺20μm的膜厚为例,一台设备日产能可达到8000+㎡/天,具有可观的经济效益。

佛山微迈标准化生产线
标准化生产线
纳米纤维形貌
纳米纤维形貌
多纺丝方式结合
多纺丝方式结合
采用全喷头的纺丝模式避免了无针式自由液面的不稳定和不均匀性,大大降低了膜面的残次点出现的概率,纤维直径窄且可控,结构稳定。5大独立控制系统——收放卷系统、自动供液系统、温湿度控制系统、PLC控制系统和7英寸全彩触摸屏操控系统,为设备的稳定生产保驾护航。
不同喷头纺丝方式可以沿着收卷方向排列,可独立控制纺丝参数,可以获得纳米纤维-纳米纤维、纳米纤维-纳米颗粒(电池无机材料)等多形貌-多组分嵌入式的网络结构,从结构设计上提高固态电池的综合性能。
文晨提供_04
 

 

 

相关文章

联系我们

  • 电话/微信:18520902353
  • 客服QQ:3597831168
  • 邮箱:info@wemaxnano.com
  • 地址:广东省佛山市南海区狮山镇塘头名创钢材仓储园B区二楼

联系客服二维码

纳米纤维及其应用