细菌纤维素基锂离子电池隔膜的制备及性能研究
发布时间：2021-03-19 06:42
细菌纤维素（BC）作为一种自然界含量丰富,对环境友好的天然纳米纤维材料,已经引起了各领域学者的关注。BC是通过细菌分解D-葡萄糖产生的一系列连续宽度为50-80nm、厚度为3-8nm的纤维,组成的三维多孔微型网状结构的带状物。BC具有高的纯度和结晶度、优异的吸水性和机械稳定性以及良好的生物亲和性等性能,其高的长径比和含量丰富的羟基可以通过较强的相互作用轻松地负载不同纳米结构物质（例如无机和导电高分子纳米粒子或纳米纤维）。本论文利用BC膜为基材,通过负载埃洛石（HNTs）或芳纶纳米纤维（ANFs）来制备复合膜,或通过TEMPO氧化后来制膜。主要研究内容如下:（1）利用BC膜为基底,添加无机填料HNTs,均匀混合后通过真空抽滤制备BC/HNTs复合膜。实验测试结果表明:当HNTs与BC的质量比为1:150时,制备的BC/HNTs-150复合膜离子电导率可达到5.13m S?cm-1,孔隙率达到83.0%,吸液率达到369%,拉伸强度达到84.4MPa,远高于纯BC膜,在0.2C的倍率下充放电,装有BC/HNTs-150复合膜的锂离子电池（LIBs）放电容量达到162 ...
【文章来源】：武汉纺织大学湖北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LIBs内部结构图[1]
武汉纺织大学硕士学位论文21.2锂离子电池的简介LIBs因为其无记忆效应、低自放电、高能量密度、高运行电压和长循环寿命等特点[2-4]，不仅可以使用于移动设备像笔记本电脑、手机和数码相机，还可以应用于智能能源像智能汽车、大功率电力电池和柔性/可穿戴电子设备[5-9]，变成一种最有前途和最重要的能源储存技术。LIBs作为现代高性能电池的代表，是一种可循环充放电的电池，内部结构主要由正极、隔膜、负极、电解质构成，其工作原理是通过锂离子在正负极之间移动来实现充放电，如图1.2所示，当电池带电时，一个外部电源运行，正极材料被氧化，同时，阴极被还原[7]。在这个过程，锂离子从阳极到阴极穿过电解质和隔膜。同时，平衡电子穿过外部电路并被接收从而使电极达到平衡。相反，放电期间，锂离子通过膜从阴极移动到阳极。为达到电极平衡，电子从外部电路穿过，从而完成放电。图1.2LIBs内部工作原理[7]Fig.1.2InternalworkingprincipleofLIBs[7]LIBs中正极材料的使用多为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，负极材料选取的是石墨，近似石墨结构的碳，金属锂等，电解质则以LiPF6、LiClO4等锂盐居多，隔膜的选用多为一种经特殊成型的高分子微孔薄膜。正负极及电解质的选取，都决定着电池内部化学反应的进行，直接影响在电池的性能，尽管隔膜不能直接参与电池内部的化学反应，但它的性质与架构也是影响电池性能的关键因素，包括能量密度、功率密度、安全和使用寿命。隔膜有两个关键规则，一方面是安全，为了避免短路，隔膜在正极负极之间避免电极间物理接触。另一方面是性能，隔膜用作高速通道，确保有效离子通过。因此隔膜的性能和结构是决定电池性能和安全性的关键。为了获得新一代高性能和高安全电池，一些制备新型隔膜的研究已经开展。
投嗖隳ち街掷嘈停?罴虻サ奈⒖啄だ嘈褪?单层膜，单层膜可以由不同的聚合物材料制成。但单层膜难以同时获得最佳的机械强度，耐热性和电化学性能。为了克服这个缺点，研究人员广泛研究了不同的聚合物，发现将不同种类，在某些方面有优异性能的单层膜结合在一起，会产生出乎意料的现象，这就出现了多层膜。微孔膜有着两种不同的制造方法：湿法和干法。两种制造方法基本上都包括了用于制备聚合物薄膜的挤出工艺和用于形成多孔结构的拉伸工艺[11-29]。干法制得的微孔膜的形状呈狭缝状，而湿法制得的则显示出相互连通的椭圆形孔。图1.3比较了通过干法和湿法制备的微孔膜的微观结构。通过干法形成的膜由于其裂缝状的多孔结构而更适合于高功率密度电池。另一方面，通过湿法制得的膜具有不规则孔状结构更适合于循环寿命长的电池，因为相互连接的孔和曲折结构有利于防止在充电和放电期间树枝状晶体的生长。图1.3通过（a）干法和（b）湿法制备的微孔膜隔膜的SEM图像[14]Fig.1.3SEMimageofmicroporousmembraneseparatorpreparedby(a)drymethodand(b)wetmethod[14]
本文编号：3089166
【文章来源】：武汉纺织大学湖北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LIBs内部结构图[1]
武汉纺织大学硕士学位论文21.2锂离子电池的简介LIBs因为其无记忆效应、低自放电、高能量密度、高运行电压和长循环寿命等特点[2-4]，不仅可以使用于移动设备像笔记本电脑、手机和数码相机，还可以应用于智能能源像智能汽车、大功率电力电池和柔性/可穿戴电子设备[5-9]，变成一种最有前途和最重要的能源储存技术。LIBs作为现代高性能电池的代表，是一种可循环充放电的电池，内部结构主要由正极、隔膜、负极、电解质构成，其工作原理是通过锂离子在正负极之间移动来实现充放电，如图1.2所示，当电池带电时，一个外部电源运行，正极材料被氧化，同时，阴极被还原[7]。在这个过程，锂离子从阳极到阴极穿过电解质和隔膜。同时，平衡电子穿过外部电路并被接收从而使电极达到平衡。相反，放电期间，锂离子通过膜从阴极移动到阳极。为达到电极平衡，电子从外部电路穿过，从而完成放电。图1.2LIBs内部工作原理[7]Fig.1.2InternalworkingprincipleofLIBs[7]LIBs中正极材料的使用多为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，负极材料选取的是石墨，近似石墨结构的碳，金属锂等，电解质则以LiPF6、LiClO4等锂盐居多，隔膜的选用多为一种经特殊成型的高分子微孔薄膜。正负极及电解质的选取，都决定着电池内部化学反应的进行，直接影响在电池的性能，尽管隔膜不能直接参与电池内部的化学反应，但它的性质与架构也是影响电池性能的关键因素，包括能量密度、功率密度、安全和使用寿命。隔膜有两个关键规则，一方面是安全，为了避免短路，隔膜在正极负极之间避免电极间物理接触。另一方面是性能，隔膜用作高速通道，确保有效离子通过。因此隔膜的性能和结构是决定电池性能和安全性的关键。为了获得新一代高性能和高安全电池，一些制备新型隔膜的研究已经开展。
投嗖隳ち街掷嘈停?罴虻サ奈⒖啄だ嘈褪?单层膜，单层膜可以由不同的聚合物材料制成。但单层膜难以同时获得最佳的机械强度，耐热性和电化学性能。为了克服这个缺点，研究人员广泛研究了不同的聚合物，发现将不同种类，在某些方面有优异性能的单层膜结合在一起，会产生出乎意料的现象，这就出现了多层膜。微孔膜有着两种不同的制造方法：湿法和干法。两种制造方法基本上都包括了用于制备聚合物薄膜的挤出工艺和用于形成多孔结构的拉伸工艺[11-29]。干法制得的微孔膜的形状呈狭缝状，而湿法制得的则显示出相互连通的椭圆形孔。图1.3比较了通过干法和湿法制备的微孔膜的微观结构。通过干法形成的膜由于其裂缝状的多孔结构而更适合于高功率密度电池。另一方面，通过湿法制得的膜具有不规则孔状结构更适合于循环寿命长的电池，因为相互连接的孔和曲折结构有利于防止在充电和放电期间树枝状晶体的生长。图1.3通过（a）干法和（b）湿法制备的微孔膜隔膜的SEM图像[14]Fig.1.3SEMimageofmicroporousmembraneseparatorpreparedby(a)drymethodand(b)wetmethod[14]
本文编号：3089166
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