锂电池湿法隔膜用超高分子量聚乙烯的降解动力学研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.004

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (12): 24-28.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.004

锂电池湿法隔膜用超高分子量聚乙烯的降解动力学研究

宋瑞铭¹(), 吕怀兴¹^,², 张文龙¹^,³, 李斌¹(), 李慧¹()

^1.东华大学材料科学与工程学院，纤维材料改性国家重点实验室，先进低维材料中心，上海 201620
^2.江西格林循环产业股份有限公司，江西宜春 331100
^3.朴烯晶新能源材料（上海）有限公司，上海 200233

收稿日期:2024-04-30 出版日期:2024-12-26 发布日期:2024-12-25
通讯作者: 李斌（1981-），男，研究员，主要从事碳计算，高分子加工，高端聚烯烃材料等研究，bli@dhu.edu.cn
李慧（1973-），女，研究员，主要从事高分子加工，复合材料改性等研究，lihui@dhu.edu.cn
E-mail:17852325351@163.com;bli@dhu.edu.cn;lihui@dhu.edu.cn
作者简介:宋瑞铭（1999-），男，硕士研究生，主要从事高分子加工研究，17852325351@163.com

Degradation kinetics of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene for wet⁃process separator of lithium⁃ion battery

SONG Ruiming¹(), LYU Huaixing¹^,², ZHANG Wenlong¹^,³, LI Bin¹(), LI Hui¹()

^1.School of Material Science & Engineering，State Key Laboratory of Chemical Fibers and Polymer Materials，Center of Advanced Low Dimension Materials，Shanghai 201620，China
^2.Jiangxi Green Recycling Co，Limited，Yichun 331100，China
^3.Puxijing New Energy Material （Shanghai） Co，Limited，Shanghai 200233，China

Received:2024-04-30 Online:2024-12-26 Published:2024-12-25
Contact: LI Bin, LI Hui E-mail:17852325351@163.com;bli@dhu.edu.cn;lihui@dhu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

研究了不同温度、不同矿物油含量和剪切力作用等条件下锂电池湿法隔膜用超高分子量聚乙烯（PE⁃UHMW）的降解动力学，并对降解速率曲线进行拟合，得到符合其降解行为的动力学模型：PE⁃UHMW在温度和加入矿物油的条件下降解动力学符合准一级动力学模型；在剪切力作用时PE⁃UHMW降解动力学符合准二级动力学模型；随着温度升高和剪切力作用会使PE⁃UHMW的降解速率增大，矿物油的加入会使PE⁃UHMW的降解速率减小。

关键词: 锂电池湿法隔膜, 超高分子量聚乙烯, 降解动力学

Abstract:

The paper reported an investigation on the degradation kinetics of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene （PE⁃UHMW） used for wet⁃process separator of lithium⁃ion battery under different conditions such as temperature， synthetic oil concentration， and shear force. A degradation rate curve was fitted to obtain a kinetic model suitable for the degradation behavior of PE⁃UHMW. The degradation kinetics of PE⁃UHMW at various temperatures and white oil concentrations was consistent with the first⁃order kinetic model； however， its degradation kinetics under a shear stress conformed to the second⁃order kinetic model. The degradation rate of PE⁃UHMW increased with an increase in the temperature and shear force； however， its degradation rate was reduced by the addition of white oil.

Key words: lithium battery wet?process separator, ultra?high molecular weight polyethylene, degradation kinetics model

中图分类号:

TQ325.1⁺2

宋瑞铭, 吕怀兴, 张文龙, 李斌, 李慧. 锂电池湿法隔膜用超高分子量聚乙烯的降解动力学研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 24-28.

SONG Ruiming, LYU Huaixing, ZHANG Wenlong, LI Bin, LI Hui. Degradation kinetics of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene for wet⁃process separator of lithium⁃ion battery[J]. China Plastics, 2024, 38(12): 24-28.

图/表 12

图1 不同温度条件下PE⁃UHMW的降解速率曲线

Fig.1 Degradation rate curves of PE⁃UHMW at different temperatures

图2 不同温度条件下PE⁃UHMW降解的准一级动力学模型拟合曲线

Fig.2 Fitting curves of quasi⁃first⁃order kinetic model of PE⁃UHMW degradation at different temperatures

图3 不同温度条件下PE⁃UHMW降解的准二级动力学模型拟合曲线

Fig.3 Fitting curves of quasi⁃second⁃order kinetic model of PE⁃UHMW degradation at different temperatures

温度/℃	ln（C_∞-C_t ）-t线性回归方程	R²	C_∞	K₁
140	y=-0.010 01x+4.516 0	0.942 7	91.47	0.010 01
160	y=-0.081 65x+5.397 5	0.926 2	220.9	0.081 65
180	y=-0.083 24x+4.971 9	0.901 3	144.3	0.083 24

表1 不同热处理温度条件下PE⁃UHMW降解速率曲线的准一级动力学模型参数

Tab.1 Quasi⁃first⁃order kinetic model parameters of PE⁃UHMW degradation rate curves at different heat treatment temperatures

图4 不同矿物油剂量下PE⁃UHMW的降解速率曲线

Fig.4 Degradation rate curves of PE⁃UHMW at different white oil dosages

图5 不同矿物油剂量下PE⁃UHMW的准一级动力学模型拟合曲线

Fig.5 Fitting curves of quasi⁃first⁃order kinetic model of PE⁃UHMW at different white oil dosages

图6 不同矿物油剂量下PE⁃UHMW的准二级动力学模型拟合曲线

Fig.6 Quasi⁃second⁃order kinetic model fitting curves of PE⁃UHMW at different mineral oil dosages

矿物油

剂量/%

ln（C_∞-C_t）-t线性

回归方程

R²

K₁

表2 不同矿物油剂量条件下PE⁃UHMW降解的准一级动力学模型的参数

Tab.2 Parameters of the quasi⁃first⁃order kinetic model of PE⁃UHMW degradation at different white oil dosages

图7 剪切力作用下PE⁃UHMW的降解速率曲线

Fig.7 Degradation rate curve of PE⁃UHMW under shear force

图8 剪切力作用下PE⁃UHMW的准一级动力学模型拟合曲线

Fig.8 Fitting curve of quasi⁃first⁃order kinetic model of PE⁃UHMW under shear force

图9 剪切力作用下PE⁃UHMW的准二级动力学模型拟合曲线

Fig.9 Fitting curve of quasi⁃second⁃order kinetic model of PE⁃UHMW under shear force

温度/℃	n/C_n ⁃n线性回归方程	R²	C_∞	K₂
140	y=0.019 34x+0.444 57	0.990 8	51.71	0.000 84
160	y=0.015 98x+0.265 44	0.999 4	62.58	0.000 96
180	y=0.016 31x+0.171 22	0.999 4	61.31	0.001 55

表3 剪切力作用下PE⁃UHMW降解的准二级动力学模型的参数

Tab.3 Parameters of the quasi⁃second⁃order kinetic model of PE⁃UHMW degradation under shear force

参考文献 12

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锂电池湿法隔膜用超高分子量聚乙烯的降解动力学研究

Degradation kinetics of ultra⁃high molecular⁃weight polyethylene for wet⁃process separator of lithium⁃ion battery

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