锂离子电池隔膜是锂离子电池的核心部分。其主要功能是隔开锂电池的正负极,防止两极接触,导致短路,只允许电解质离子通过。目前,聚烯烃隔膜应用较为广泛,但其电解液的浸润性和热稳定性较差,在高温下有明显的收缩和熔融现象。
PPS材料具有良好的热稳定性和耐化学腐蚀性,适用于对电池性能要求较高的3C以及新能源汽车行业,目前的改性方法主要包括PPS隔膜表面涂覆制备复合隔膜以及原位复合技术。
纤维通过非织造方法随机排列,形成纤维网结构,但制成的无纺布孔径大,分布不均匀,需要通过化学或物理方法加固成膜,提高无纺布隔膜的透气性和吸液率。将对位芳纶纳米纤维悬浮分散液涂覆在熔喷PPS无纺布基膜上,然后进行干燥和热轧处理,获得一种熔喷PPS无纺布/对位芳纶纳米纤维复合隔膜,膜孔径最低可达0.1μm,有效解决了无纺布隔膜孔径大、分布不均匀的问题,保证了隔膜的热稳定性、离子导电性和亲液性。
在此基础上,考虑到产业化开发的成本等因素,对PPS进行改性。以PPS无纺布为支撑材料,聚乙烯基硅氧烷(PVS)为涂覆材料,通过物理涂覆、干燥和热压处理,制成了PVS/PPS无纺布复合锂离子电池隔膜,相较于传统的聚烯烃隔膜,虽然厚度增加,但仍具有良好的浸润性和发达的微孔结构,且比聚烯烃隔膜具有更高的放电比容量。
PPS薄膜原位复合隔膜中的有机相能可以包裹陶瓷颗粒和纤维,解决涂层在表面脱落的问题,形成均匀的开放式孔洞结构。但由于团聚问题,填料的用量受到限制。将PPS溶解在高沸点溶剂中,配置成均相溶液,然后用流延机挤出并激冷,得到孔中含有高沸点溶剂的固体PPS多孔膜,然后使用低沸点溶剂将PPS多孔膜中的高沸点溶剂浸出,再烘干,对烘干的薄膜进行单向或双向拉伸、热定型,冷却后获得聚苯硫醚隔膜,熔点高,破膜温度高,阻燃性好,厚度薄,提高锂离子电池的安全性。
在改性过程中,界面问题、轻质填料复合工艺和填料相应技术存在缺陷等制约了PPS改性材料性能的提升。因此,提高PPS与其它成分间的相容性,升级优化材料和工艺,以应用为出发点进行更多的研究尤为重要。通过新能源和5G的深入发展,PPS材料也将迎来更广阔的发展空间。