摘要
锂离子电池是当今占据市场份额最大的储能器件，随着能源转型和升级的趋势越来越强烈，现有的锂离子电池技术已难以满足大众对高性能电池的需求。作为锂离子电池的核心组件之一，隔膜性能的优劣是影响锂电池性能的关键因素。目前聚烯烃材质隔膜占据市场的大部分份额，这些年在锂电池领域的应用暴露出以下缺点：（1）孔隙率低，电解液浸润性差；（2）对高温敏感，热收缩性严重，严重影响锂离子电池的使用安全。因此，开发高性能锂离子电池隔膜成为了储能研究领域的热点课题。 静电纺丝是制备纳米纤维薄膜的常用手段。相比其他方法，静电纺丝获得的电池隔膜有更高的孔隙率以及更好的浸润性，因此静电纺丝制备电池隔膜成为了近年来的热门研究方向。聚丙烯腈（PAN）作为经典的静电纺丝材料，具有耐化学腐蚀，对电解液浸润性好等优点，但是其强度不高，耐磨性和抗疲劳性较差的缺点也一直为人诟病，限制了PAN隔膜的进一步发展。人们为了改善聚PAN隔膜的物理性能做了很多研究工作，但是有关其力学性能方面的报道较少。 聚二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）共聚物具有很好的弹性与韧性，但是对电解液的浸润性相对较差。因此，我们结合PAN和PVDF-HFP的优点，在本文中采用静电纺丝方法制备PAN@PVDF-HFP复合锂电池隔膜（简称为PPH），并对其力学性能进行了研究。主要内容如下： (1)采用静电纺丝制备了常规PPH隔膜，然后采用定向静电纺丝分别制备了纤维取向PAN隔膜和PPH隔膜，使用扫描电镜（SEM）和X射线衍射技术（XRD）对其形貌和结构进行了表征。为了深入地研究纤维取向对薄膜力学性能的影响，还制备了几种不同夹角的双层异向薄膜。 (2)基于平均场均质化理论在Digimat软件包上通过MF模块对两种原料共混后的材料进行均质化获得其力学参数，然后通过FE模块构建合适的RVE单元，对不同纤维取向薄膜的力学响应进行模拟计算。分析了不同纤维取向和纤维夹角对各向异性薄膜的力学性能的影响。 (3)采用单轴拉伸实验测试了不同纤维取向及不同纤维夹角对薄膜力学性能的影响并与软件模拟结果进行对比。 (4)通过对纤维隔膜的电化学性能进行系统表征，分析了定向纤维隔膜在锂离子电池中的应用。
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