聚丙烯膜辐射接枝聚丙烯酰胺制备锂离子二次电池隔膜研究

缪小莉 李吉豪 向 群 徐甲强 李林繁 李景烨

1（上海大学 上海 200444）2（中国科学院上海应用物理研究所 嘉定园区 上海 201800）

聚丙烯膜辐射接枝聚丙烯酰胺制备锂离子二次电池隔膜研究

缪小莉1,2李吉豪2向 群1徐甲强1李林繁2李景烨2

1（上海大学 上海 200444）2（中国科学院上海应用物理研究所 嘉定园区 上海 201800）

通过共辐射接枝的方法将聚丙烯酰胺(Polyacrylamide, PAAm)接枝到聚丙烯(Polypropylene, PP)膜上，研究了丙烯酰胺单体浓度对接枝率的影响。接枝前后隔膜的红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)对比表明，聚丙烯酰胺已经成功接枝到PP膜上，对隔膜的热性能、机械性能、电导率等性能进行了表征。将隔膜组装成扣式电池后，充放电循环性能测试结果表明，在相同条件下以PP-g-PAAm作为隔膜的锂离子电池性能优于以原始PP作为隔膜的电池性能。

锂离子电池，聚丙烯，丙烯酰胺，辐射接枝，隔膜

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性能高等优点，被广泛应用于个人电脑、相机、手机等便携式数码电子产品中[1−3]。锂离子电池是一种浓差电池，其工作过程是Li+在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程[4]，被形象地称为“摇椅电池”。典型的锂离子电池通常由隔膜、电解液、正极和负极组成。正极一般为过渡金属氧化物和锂的化合物（如钴酸锂、锰酸锂等），负极由碳素材料组成。电解液由导电锂盐（如六氟磷酸锂、高氯酸锂等）和有机溶剂（如碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯等）构成，主要作用是提供锂离子(Li+)及锂离子通过的通道[5]。锂离子电池充电时，从正极脱嵌生成的锂离子经过电解液后运动到负极，嵌入到负极碳素材料的微孔中；与之相反，放电时则嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又通过电解液回到正极。电池隔膜是电池的重要组成部分，它能够阻止电池正负极接触，防止电池短路，同时多孔结构又能保证锂离子的快速通过，隔膜对电池的电容量、循环特性、安全性能等都有很大的影响。聚烯烃隔膜因具有价格低廉、化学稳定性和热稳定性优异等[6−7]特性在锂离子电池中应用广泛，但由于此类隔膜材料与电解液有机溶剂间亲和性不佳，因而电解液保持能力较差，对电池的使用性能造成了一定影响[8−10]。因此，隔膜改性是提高电池性能的一种重要方法[11]。现有隔膜改性技术主要有接枝[12−13]、复合、共混、填充等。复合改性隔膜能改善隔膜的机械强度、界面稳定性等，但由于不同材料层间作用力弱，且厚度较大，造成隔膜内阻较大。不同的聚合物，使得共混改性存在着性质差异、加工条件苛刻和工艺复杂的问题。而无机纳米颗粒填充电池隔膜虽能提高性能，但需要找出最佳添加量来协调隔膜的各项性能[14]。这些方法虽各有优点，但也都存在一定缺陷。

辐射接枝是一种应用广泛的聚合物改性方法[15−16]，通过高能电离辐射作用于聚合物使之产生自由基，进而引发单体进行接枝聚合，无需添加剂且操作简单易行。本课题组已经在辐射接枝方面取得了大量的研究成果，通过在聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride), PVDF)粉体上接枝丙烯酸、甲基丙烯酸及丙烯酰胺，成功制备出具有良好亲水性的PVDF改性微滤膜[17−20]。丙烯酰胺是一种极性单体[21]，主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等，与极性电解液也有一定的相容性。因此，本文利用γ射线共辐射接枝技术，在聚丙烯(Polypropylene, PP)隔膜上成功接枝聚丙烯酰胺(Polyacrylamide, PAAm)单体，调整实验参数得到不同接枝率的PP-g-PAAm膜。电导率及充放电性能测试表明，与原始PP隔膜相比，改性膜具有更好的性能。

1 实验材料和方法

1.1 材料、试剂和仪器

隔膜(PP)：美国celgard2400；丙烯酰胺(Acrylamide, AAm)：纯度＞99%，百灵威公司；甲醇、丙酮：国药集团化学试剂有限公司；电解液：1mol·L−1LiPF6溶解在体积比为1:1的碳酸乙稀酯(Ethylene carbonate, EC)和二甲基碳酸酯(Dimethyl carbonate, DMC)中，北京化学研究所。

傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)：NICOLE-T AVATAR 370型；热重分析(Thermogravimetric analysis, TGA)：Pyris 1型(Perkin-elmer)；差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry, DSC)：DSC822 METTLER TOLEDO，Switzerland；扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)：Hitachi S-4800型；拉力机：ETM-A型；电化学工作站：CHI660D；蓝电充放电测试系统：中国产；60Co γ-射线放射源由中国科学院上海应用物理研究所提供。

1.2 样品制备过程和方法

PP膜用丙酮洗涤去除表面杂质，干燥后将其切成一定大小置于50 mL辐照管中，加入50 mL一定浓度的丙烯酰胺甲醇溶液，室温氮气氛围下，在60Co放射源室内以1.765 kGy·h−1的吸收剂量速率辐照17 h。辐照产物用去离子水洗涤10次以上并浸泡4h，于60 ºC下真空干燥12 h后得到PP-g-PAAm膜，用于后续分析测试。

辐照后的样品经洗涤后真空干燥至恒重，接枝率的计算公式为：

式中，Wg为接枝后样品的质量；W0为接枝前样品的质量；DG为接枝率，表明接枝物质量占原始质量的比重，%。

1.3 样品测试

1.3.1 FT-IR和XPS测试

接枝改性前后的隔膜在60 ºC真空干燥后至恒重后，进行红外光谱测试。仪器在透射模式，分辨率4 cm−1，扫描次数32次，扫描范围4 000−400 cm−1下运行。X光电子能谱仪(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)测试使用单色化Al靶，全谱扫描通能160 eV，元素谱扫描通能40 eV。

1.3.2 微观形貌表征

干燥后的隔膜用导电胶固定于样品台，喷金后用SEM拍摄形貌照片。

1.3.3 热力学TGA和DSC测试

TGA测试条件为氮气氛围，N2流量20mL·min−1，温度范围60−600 ºC，升温速率10ºC·min−1。DSC测试在氮气氛围下以10ºC·min−1的加热速率测得，其中结晶度通过式(2)计算得到：

式中，ΔHm为实测熔融焓；ΔH100为结晶度100%的PP的结晶焓，本实验采用ΔH100=209 J·g−1[21]；Xc表示聚合物中结晶区域所占的比例，%。

1.3.4 机械性能测试

拉伸前，将样品统一裁制成长6 cm、宽1 cm的薄膜，拉力机拉伸速率为20 mm·min−1。

1.3.5 吸液量测试

吸液量通过测试隔膜在一定时间内吸收电解液量获得。在室温下，将干燥至恒重的隔膜浸入电解液24 h后取出，迅速拭去其表面残余的电解液，并称重。吸液量通过式(3)来计算：

式中，W0为干膜的质量；W1为吸收电解液后的隔膜质量；ΔW反应隔膜对电解液的吸收情况，%。

1.3.6 电导率测试

电导率测试是将隔膜夹在两个环形铂电极片中，置于渗透池之间，并在模具中加入电解液，在30−70 ºC的温度范围内，设定电化学工作站电压为5 mV，频率为1−105Hz，测定交流阻抗谱，并求出隔膜电阻(Rb)，通过式(4)计算得到电导率：

式中，d为隔膜厚度；A为隔膜与铂片接触面积。

1.3.7 电池性能测试

电池的正极材料为钴酸锂，均匀涂覆在铝箔上并裁成直径12 mm的圆片，负极为锂片。将隔膜裁成直径为18 mm的圆片，再按照正极/隔膜/负极的顺序，并滴加电解液，在氩气手套箱里组装成2032型锂离子扣式电池。充放电测试是将组装后的扣式电池在蓝电电池测试系统上进行测试，室温条件下按照0.1 C的速率充放电，电压范围为2.5−3.8 V。

2 结果与讨论

2.1 接枝率随单体浓度的变化规律

图1是隔膜接枝率与质量浓度的变化关系图，吸收剂量为30 kGy，在一定单体浓度范围内(＜18.0%)，接枝率随单体浓度而增加。通过对辐射接枝聚合的机理研究可知，辐照后产生的自由基中既有聚丙烯膜大分子上的自由基，又有丙烯酰胺单体上的自由基，因此在聚合反应过程中存在着接枝反应和均聚反应的竞争[22]，在该浓度范围内，接枝反应程度远大于均聚反应，随单体浓度的增加，单体自由基增加，接枝产物增多，接枝率也随之提高。

图1 PP-g-PAAm膜的接枝率随单体浓度变化规律Fig.1 Effects of mass fraction of AAm on DG of PP-g-PAAm separators.

2.2 化学结构分析

PP膜接枝PAAm前后的红外光谱如图2所示，其中a为未接枝的PP隔膜红外光谱，b−d分别为不同接枝率的PP-g-PAAm膜的谱图。如图2所示，2919 cm−1和2 851 cm−1分别为-CH2-的对称和不对称伸缩振动峰，1 463 cm−1为-CH2-的弯曲变形振动峰。与未接枝的PP膜相比，接枝膜在红外光谱3417cm−1处和3347 cm−1处增加了胺基的对称和不对称伸缩振动峰，在3197 cm−1处增加了酰胺基的伸缩振动峰，红外光谱1712 cm−1处为增加的羰基伸缩振动峰[20,23]。同时对比发现，随着接枝率的增加，聚丙烯酰胺的特征峰强度也逐渐增强。

此外，表1显示与原始隔膜相比，接枝后的PP-g-PAAm隔膜（接枝率为33.6%）中不仅含有N元素，O元素的含量也大大提高，这表明对应接枝链段中增加了酰胺基团。原始PP膜中的O元素和Si元素可能由制膜工艺中的添加剂成分引入。同时，分析原始PP膜和PP-g-PAAm膜（接枝率为33.6%）的分峰谱(图3)，原始PP膜C1s谱只有一个峰，为284.8eV附近的-CH2-和CH2-CH2的重叠峰，而接枝膜的C谱分成三个峰，在286.8 eV和288.2 eV附近多了酰胺基团的特征峰[20]。红外光谱测试和XPS元素分析结果均表明，接枝膜中聚丙烯酰胺支链已经被成功引入。

图2 原始PP膜以及不同接枝率的PP-g-PAAm膜的红外光谱图Fig.2 FT-IR spectra of pristine PP and PP-g-PAAm separators of different DGs.

表1 XPS的元素重量百分比分析Table 1 Element mass concentration obtained from XPS analysis.

图3 接枝前后PP隔膜的C1s谱 (a) 原始PP隔膜，(b) 接枝率为33.6%的PP-g-PAAm隔膜Fig.3 C1s spectra of PP separators. (a) Pristine PP separator, (b) PP-g-PAAm separator with DG of 33.6%

2.3 热重分析

原始PP隔膜以及有不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜的热重分析如图4所示。未接枝的PP隔膜的热力学图只在321 ºC处有单纯的一步降解过程，而接枝PAAm的隔膜则表现出了多步降解的过程，主要包括PAAm链的降解和PP主链的降解。与纯PP膜相比，接枝后隔膜最后都有残余物，且残余物质量随接枝率而增加，PP-g-PAAm隔膜为双组分体系，接枝的PAAm是PP主链上的支链结构[24]。

图4 原始PP隔膜以及不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜的TGA图Fig.4 TGA thermograms of pristine PP and PP-g-PAAm separators with different DGs.

2.4 差示扫描量热法

图5为PP隔膜与PP-PAAm隔膜的DSC曲线。与原始PP膜相比PP-g-PAAm 膜的初始熔融温度和熔点均略有下降，但仍在隔膜的温度使用范围内，因此辐照对隔膜的热性能没有太大的影响。表2显示随着接枝率的增加，隔膜的结晶度逐渐下降。这是因为聚丙烯酰胺支链是非晶态结构，随着接枝率的增加，聚丙烯酰胺的含量逐渐增加，结晶度也逐渐下降。

图5 原始PP隔膜和不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜的DSC图Fig.5 DSC curves of pristine PP and PP-g-PAAm separators with different DGs.

表2 原始PP隔膜和不同接枝率隔膜的DSC数据Table 2 DSC data of pristine PP and PP-g-PAAm separators of different DGs.

2.5 微观结构分析

图6为纯PP隔膜跟PP-g-PAAm膜的扫描电子显微镜图。图6中显示接枝前后的隔膜表面形貌无明显变化，接枝对膜的孔径大小及表面形态的影响不大。接枝后，膜表面局部出现了一些小颗粒，可能是PAAm的颗粒，且随着接枝率的增大，隔膜表面的颗粒有增大的趋势。

图6 接枝PAAm前后PP隔膜扫描电镜图(a) 原始PP隔膜，(b−f) 接枝率分别为4.3%、12.4%、17.6%、33.6%、45.9%的PP-g-PAAm隔膜Fig.6 SEM images of pristine PP and PP-g-PAAm separators. (a) Pristine PP separator, (b−f) PP-g-PAAm separators with DG of 4.3%, 12.4%, 17.6%, 33.6% and 45.9%

2.6 机械性能

图7显示了 PP隔膜以及不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜的应力应变曲线。从图7中可知，辐照接枝聚丙烯酰胺影响隔膜的力学性能，膜的力学性能随着接枝率的增加而降低，随着聚丙烯酰胺含量增加，膜的断裂伸长率降低，断裂应力也减小。这是因为聚合物PP隔膜辐照效应主要以辐照降解为主，辐照后高分子链断裂，膜的力学强度随之降低，因此在改性PP隔膜时需考虑辐照效应的影响。

图7 原始PP隔膜以及不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜的应力-应变曲线图Fig.7 Stress-stain curves of pristine PP and PP-g-PAAm separators with different DGs.

2.7 吸液量

与电解液的亲和性是隔膜的主要性能之一，高的吸液量意味着隔膜能容纳更多的电解液，对提高隔膜的电导率及锂离子迁移数有极其重要的影响。原始PP隔膜以及不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜的吸液量数据如图8所示，当接枝丙烯酰胺后，隔膜的吸液量随着接枝率而迅速增加，这是由于聚丙烯酰胺增加了隔膜与电解液的相容性，从而能够容纳更多的电解液。但当接枝率超过30%时，吸液量反而随着接枝率的增加而降低，这是因为过多的聚丙烯酰胺堵塞了隔膜内部孔隙，减小了隔膜内部能够容纳电解液的空间，造成吸液量下降。

图8 PP-g-PAAm隔膜的吸液量随着接枝率的变化曲线Fig.8 Liquid electrolyte uptake changes with DGs of PP-g-PAAm separators.

2.8 电导率

原始PP隔膜以及不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜电导率随温度变化如图9所示。图9中所有的logσ −1000/T图像在30−70 ºC之间呈现直线状态，这表明隔膜的电导率与温度关系符合Arrhenius公式。接枝后的隔膜电导率高于相同的温度条件下的原始PP隔膜，且隔膜电导率均随着温度而逐渐增大。总的来说，电导率由电解液和隔膜的亲和性以及其中锂离子的迁移率[24]决定。相同温度条件下，较低接枝率样品，接枝的聚丙烯酰胺增加了隔膜与电解液的相容性，因此电导率能够大大提升；当接枝率大于14.5%时，由于PP隔膜的孔逐渐被聚丙烯酰胺所堵塞，而且大量的聚丙烯酰胺会产生粘性，阻碍了锂离子的迁移，因此随着接枝率的提高，隔膜的电导率反而下降。此外，温度的提高能够提高Li+的活性，进而提高电导率。

图9 不同接枝率的PP-g-PAAm隔膜电导率随着温度变化曲线Fig.9 Lithium ion conductivity changes with temperature of PP-g-PAAm separators based on DG.

2.9 循环性能

电池充放电性能如图10所示，(a)为纯PP 隔膜组装的锂离子电池的充放电性能曲线，(b)为PP-g-PAAm膜(DG=14.5%)组装的锂离子电池的充放电性能曲线。在相同制备条件下，接枝率为14.5%的PP-g-PAAm膜组成的锂离子电池，第一次充放电循环放电比容量为113.7 mAh·g−1，第10、20、30次放电比容量分别为111.6 mAh·g−1、109.8 mAh·g−1、103.4 mAh·g−1，分别为第一次放电比容量的98.15%、96.57%、90.94%。而原始PP隔膜组成的锂离子电池，第一次放电比容量为107.9 mAh·g−1，而第10、20、30次分别为106.6 mAh·g−1、101.3mAh·g−1、95.1 mAh·g−1，分别为第一次循环的98.80%、93.88%、88.14%。 在30次充放电循环期间，PP膜和PP-g-PAAm膜制备的锂离子电池的库伦效率均高于95%，且与原始PP膜制备的锂离子电池相比，接枝后的隔膜制备的电池具有更高的放电比容量和更高的循环效率。接枝的PAAm能够使电解液和隔膜之间亲和程度增加，这一方面能够使隔膜容纳更多的电解液，因而更多的锂离子能够参与到反应中；另一方面，电解液与隔膜之间亲和性的改善也能够阻碍锂负电极上“固体电解质界面膜”(Solid electrolyte interface, SEI膜)的产生，提高电池的循环性能。充放电电池性能测试表明，PP-g-PAAm隔膜组装成的锂离子电池的性能优于原始PP隔膜组装成的锂离子电池。

图10 原始PP隔膜(a)和接枝率为14.5%的PP-g-PAAm隔膜(b)的充放电曲线Fig.10 Charge-discharge specific capacity of the pristine PP separator (a) and PP-g-PAAm separator with DG of 14.5% (b).

3 结语

通过共辐射接枝法将PAAm接枝到电池隔膜PP上，方法简单实用。接枝动力学分析表明，当单体浓度小于18.0%时，接枝率随着单体浓度而增加。FT-IR分析证明，聚丙烯酰胺已经成功接枝到PP膜上。TGA和DSC 的热力学测试分析表明，隔膜性质虽有所变化，但是不影响隔膜的日常使用。力学测试分析表明，PP隔膜的力学性能有所降低。接枝后隔膜的吸液量和电导率均高于原始的PP隔膜。电池充放电性能表明，以接枝率为14.5%的PP-g-PAAm隔膜组装的锂离子电池性能优于原始PP隔膜组装的电池性能。

1 Venugopal G, Moore J, Howard J, et al. Characterization of microporous separators for lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 1999, 77: 34−41. DOI: 10.1016/S0378-7753(98)00168-2

2 Liu J, Li W, Zuo X, et al. Polyethylene-supported polyvinylidene fluoride–cellulose acetate butyrate blended polymer electrolyte for lithium ion battery[J]. Journal of Power Sources, 2013, 226: 101−106. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.10.078

3 Huang X, Hitt J. Lithium ion battery separators: development and performance characterization of a composite membrane[J]. Journal of Membrane Science, 2013, 425: 163−168

4 麻明友, 何则强, 熊利芝, 等. 量子化学原理在锂离子电池研究中的应用[J]. 吉首大学学报（自然科学版）, 2006, 27(3): 97−105 MA Mingyou, HE Zeqiang, XIONG Lizhi, et al. Applications of quantum chemistry principles in research of Li-ion batteries[J]. Jishou University Journal (Natural Science), 2006, 27(3): 97−105

5 郭金亮, 巩桂芬, 张阳. EVOH磺酸锂无纺布薄膜的制备及性能研究[J]. 电池工业, 2012, 17: 31−34 GUO Jinliang, GONG Guifen, ZHANG Yang. Investigation on preparation and properties of EVOH-SO3Li non-woven membrane[J]. Battery Industry, 2012, 17: 31−34

6 Ryou M H, Lee Y M, Park J K, et al. Mussel-inspired polydopamine-treated polyethylene separators for high-power Li-ion batteries[J]. Advanced Materials, 2011, 23: 3066−3070. DOI: 10.1002/adma.201100303

7 Choi S H, Kang H J, Ryu E N, et al. Electrochemical properties of polyolefin nonwoven fabric modified with carboxylic acid group for battery separator[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2001, 60: 495−502

8 Zhang S S. A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2007, 164: 351−364. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2006.10.065

9 Arora P, Zhang Z. Battery separators[J]. Chemical Reviews, 2004, 104: 4419−4462

10 Kim J Y, Lim D Y. Surface-modified membrane as a separator for lithium-ion polymer battery[J]. Polymer Battery Energies, 2010, 3: 866−885.DOI: 10.3390/ en 3040866

11 Shi J L, Fang L F, Li H, et al. Improved thermal and electrochemical performances of PMMA modified PE separator skeleton prepared via dopamine-initiated ATRP for lithium ion batteries[J]. Journal of Membrane Science, 2013, 437: 160−168. DOI: 10.1016/j.memsci.2013.03.006

12 苑洪铭, 李吉豪, 于洋, 等. PVDF粉体预辐照接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯制备锂离子二次电池隔膜研究[J].辐射研究与辐射工艺学报, 2011, 29(5): 266−270 YUAN Hongming, LI Jihao, YU Yang, et al. Study on lithium-ion secondary battery separator prepared by graft polymerization of GMA onto PVDF powder under preirradiation[J]. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, 2011, 29(5): 266−270

13 李万新, 王自强, 俞初红, 等. 聚乙烯膜表面辐射接枝甲基丙烯酸-4,5-二甲氧基-2-硝基苯甲酯实现光敏化[J].辐射研究与辐射工艺学报, 2015, 33(2): 020301. DOI: 10.11889/j.1000-3436.2015.rrj.33.020301 LI Wanxin, WANG Ziqiang, YU Chuhong, et al. Photosensitizing modification of polyethylene film by irradiation grafting with 4,5-dimethyl-2-nitrobenzene methacrylate[J]. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, 2015, 33(2): 020301. DOI: 10.11889/j.1000-3436.2015.rrj.33.020301

14 Ma H, Yao S, Li J, et al. A mild method of amine-type adsorbents syntheses with emulsion graft polymerization of glycidyl methacrylate on polyethylene non-woven fabric by pre-irradiation[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2012, 81: 1393−1397. DOI: 10.1016/ j.radphyschem.2011.11.042

15 于宾, 焦小宁. 锂离子电池隔膜改性研究现状[J]. 合成纤维工业, 2014, 37(1): 55−59 YU Bin, JIAO Xiaoning. The modification status of the lithium-ion battery separator[J]. Synthetic Fiber Industry, 2014, 37(1): 55−59

16 Li J, Zhang C, Chen T, et al. Irradiation and flame retardant effect of poly[bis(phenoxyphosphazene)] and magnesium hydroxide in LDPE composites[J]. Nuclear Science and Techniques, 2015, 26(3): 030304. DOI: 10.13538/j.1001-8042/nst.26.030304

17 Deng B, Li J, Hou Z, et al. Microfiltration membranes prepared from polyethersulfone powder grafted with acrylic acid by simultaneous irradiation and their pH dependence[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2008, 77: 898−906. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2008.02.008

18 Deng B, Yang X, Xie L, et al. Microfiltration membranes with pH dependent property prepared from poly(methacrylic acid) grafted polyethersulfone powder[J]. Journal of Membrane Science, 2009, 330: 363−368. DOI: 10.1016/j.memsci.2009.01.010

19 Deng B, Yu M, Yang X X, et al. Antifouling microfiltration membranes prepared from acrylic acid or methacrylic acid grafted poly(vinylidene fluoride) powder synthesized via pre-irradiation induced graft polymerization[J]. Journal of Membrane Science, 2010, 350: 252−258. DOI: 10.1016/j.memsci.2009.12.035

20 Yang X, Deng B, Liu Z, et al. Microfiltration membranes prepared from acryl amide grafted poly(vinylidene fluoride) powder and their pH sensitive behaviour[J]. Journal of Membrane Science, 2010, 362: 298−305. DOI: 10.1016/j.memsci.2010.06.057

21 Martín-Alfonso J E, Franco J M. Influence of polymer reprocessing cycles on the microstructure and rheological behavior of polypropylene/mineral oil oleogels[J]. Polymer Test, 2015, 45: 12−19

22 Gupta B, Anjum N. Development of membranes by

radiation grafting of acrylamide into polyethylene films: characterization and thermal investigations[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2001, 82: 2629−2635. DOI: 10.1002/app.2115

23 杨璇璇, 邓波, 虞鸣, 等. 预辐射接枝丙烯酰胺改性

PVDF粉体及其亲水性滤膜的制备[J]. 辐射研究与辐射工艺学报, 2011, 29(4): 209−213 YANG Xuanxuan, DENG Bo, YU Ming, et al. Hydrophilic microfiltration membranes prepared from acrylamide grafted PVDF powder by γ-rays pre-irradiation[J]. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, 2011, 29(4): 209−213 24 Gao K, Hu X, Yi T, et al. PE-g-MMA polymer electrolyte

membrane for lithium polymer battery[J]. Electrochimica Acta, 2006, 52: 443−449. DOI: 10.1016/j.electacta. 2006.05.049

Lithium-ion secondary battery separator prepared by radiation graft polymerization of polyacrylamide onto polypropylene membrane

MIAO Xiaoli1,2LI Jihao2XIANG Qun1XU Jiaqiang1LI Linfan2LI Jingye2

1(Shanghai University, Shanghai 200444, China) 2(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China)

Background: The separator is an important part of the battery, which prevents physical contact between electrodes during enable lithium ionic transportation. But most commercialized polyolefin porous membranes show low ion conductivity due to their inherent hydrophobic property and low porosity (45%). Purpose: The aim is to introduce polyacrylamide (PAAm) onto polypropylene (PP) separator, which could improve the affinity between nonaqueous electrolytes and electrodes. Methods: PP-g-PAAm separator was prepared by irradiation graft polymerization technique. The structure and the performance of pristine PP and PP-g-PAAm separator were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and scanning electron microscope (SEM) from the aspects of mechanical property, liquid electrolyte uptake and lithium-ion conductivity. The coin cell was assembled in the Ar-filled glove box and investigated. Results and Conclusion: The results indicate that the coin cell with the PP-g-PAAm separator performs better than that one with the pristine PP separator under the same condition.

Lithium-ion battery, Polypropylene, Acrylamide, Irradiation graft, Separator

TL13，TQ325.1

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.110302

国家自然科学基金(No.11175234、No.51473183、No.11475246)资助

缪小莉，女，1991年出生，2013年毕业于哈尔滨工业大学（威海），现为上海大学硕士研究生，无机化学专业，从事电池隔膜方面

的工作

李林繁，E-mail: lilinfan@sinap.ac.cn；向群，E-mail: shinexq@shu.edu.cn

2015-08-25，

2015-09-18

CLC TL13, TQ325.1