聚合物诱导无机晶体生长的研究及聚丙烯锂离子电池隔膜的研制

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本文主要分为两部分内容,第一部分为聚合物诱导无机晶体的生长的研究,第二部分为聚丙烯锂离子电池隔膜的制备。第一部分为聚合物诱导无机晶体的生长的研究。四方晶系的钨酸钡由于具有蓝光发射性能是光电领域中一类重要的材料,同时由于其具有激发拉曼散射特性,在设计特定光谱范围的全固态激光器材料方面也具有潜在的应用价值。本文利用高分子量的含氮杂环聚合物聚4-乙烯基吡啶(P4VP)作为模板合成了纺锤形钨酸钡晶体,为制备形貌可控的钨酸钡晶体提供了一种简单、条件温和、容易控制的方法。用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)及X—射线衍射(XRD)等手段研究了钨酸钡晶体的晶型及形貌。并讨论了P4VP的浓度、溶液离子浓度、PH值等因素对钨酸钡晶体形貌的影响。结果表明,随着溶液中聚合物浓度的增加,纺锤形钨酸钡晶体的尺寸逐步减小,外观变得越来越均匀;离子浓度对钨酸钡晶体的形貌有很大影响,浓度过低或过高都不易形成纺锤形晶体;当溶液pH值很低时,由于吡啶基团被质子化,不能与钡离子发生相互作用,不能诱导纺锤形钨酸钡晶体的形成;把P4VP接枝到硅基底上诱导钨酸钡晶体的生长,钨酸钡首先在P4VP膜上形成初级的晶核,然后晶核在生长过程中发生融合现象,最终能够形成棒状的晶体结构。第二部分为聚丙烯锂离子电池隔膜的制备。锂离子电池性能优异,成为当今二次电池研发热点。聚合物隔膜在锂离子电池中起到了关键的作用,其性能是决定电池性能的重要因素之一。各国科学家竞相采用不同方法和不同材料来制备性能各异的电池隔膜。拉伸法是制备聚合物隔膜重要途径之一。本文主要针对β晶型聚丙烯厚片拉伸法制备电池隔膜的技术进行了深入系统的研究,讨论了聚丙烯厚片结构因素和工艺因素对隔膜微孔的形成、发展的关系。主要研究内容如下:1、聚丙烯未拉伸厚片的形态与结构的研究。利用多原子力显微镜、扫描电子显微镜、偏光显微镜及差示扫描量热仪等手段对α和β晶型聚丙烯原始厚片的形态结构、成核剂诱导β晶生长方式进行系统的研究。讨论了工艺条件对聚丙烯原始厚片形态结构的影响。结果表明,α晶的片晶尺寸小,交织排列,堆积致密几乎没有缺陷,而β晶的片晶呈束状排列,其间有很多缺陷和缝隙,对比β晶型聚丙烯原始厚片的实测密度与计算密度也证明β晶型聚丙烯内部存在很多缺陷,这些缺陷在拉伸时有利于微孔的形成;聚丙烯在成核剂的诱导下,垂直于成核剂的特定晶面生长,形成平行排列的edge-on片晶结构,这种平行取向的片晶结构有利于微孔的形成;铸片辊温度在120℃左右时可以制得高β晶含量的聚丙烯厚片;适当提高铸片辊的转动线速度,有利于成核剂的取向排列,从而得到取向程度较好的β片晶结构;挤出口模的温度对厚片的质量有很大影响,温度过高不利于β晶的生长,温度过低物料的塑化程度不好,成核剂分散不均匀。2、拉伸法制备聚丙烯微孔膜。利用扫描电子显微镜及透气性装置对拉伸后薄膜微孔形态及空隙率进行表征。讨论了拉伸工艺条件对薄膜微孔形态及空隙率的影响。结果表明,薄膜的空隙率随拉伸倍数增而生高,当拉伸倍数增大到3.5倍以上,薄膜的微孔由于受到横向的压力而逐渐闭合;在较低温度下拉伸利于微孔的形成,但温度过低容易发生断片;在较低应变速率下拉伸薄膜微孔孔径小、孔径分布窄、外观均一,随拉伸应变速率增加孔径增大、孔径分布变宽,应变速率过高会导致薄膜表面被撕裂形成大孔,内部不能形成贯穿的通孔。
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