离子液体中纤维素改性制备锂电池隔膜的研究

发布时间：2018-03-28 23:34

  本文选题：锂电池隔膜　切入点：纤维素　出处：《曲阜师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：锂电池因具有高能量密度、无记忆效应、输出功率大、输出电压高、工作温度宽以及循环寿命长等特性而成为储能技术研究的热点。在锂电池中,隔膜作用显著,主要包括:分隔正负极,以防电池短路;保持电解液,形成离子通道;电池的内部过热时,微孔收缩或闭合,以限制电流升高,保护电池。目前,国内电池隔膜材料仍然主要依靠进口,大部分隔膜市场被进口隔膜产品所占领。因此,研究并制备出高热稳定性及各项质量指标合格的隔膜,能够有效的促进国内电池隔膜行业的发展。本研究以天然高分子材料纤维素为隔膜主要成分,采用共混、浸渍等方式制备出纤维素改性锂电池隔膜。采用离子液体为溶剂,对纤维素和尼龙进行溶解,研究了离子液体对纤维素和尼龙的溶解性能。利用扫描电镜、X射线衍射仪、微机差热天平等表征分析了再生纤维素膜和再生尼龙膜的形貌、晶型变化及热稳定性。结果表明,离子液体对纤维素和尼龙的溶解度分别为17.96%和11.58%,离子液体溶解纤维素和尼龙的最佳温度和时间分别为90℃、150℃和2h、3h。溶解后纤维素膜的表面较为致密,没有存在明显的孔洞,晶型由纤维素?转变成纤维素Ⅱ,并且在260℃以内具有良好的热稳定性。再生尼龙膜表面出现网络状相连接的细小孔洞,其晶型未发生改变,在360℃以内具有较好的稳定性。采用离子液体为溶剂,对纤维素和尼龙进行溶解,通过添加聚乙烯吡咯烷酮制备出尼龙/纤维素共混铸膜液,并以无纺布为支撑底基,采用L-S相转化法制备无纺布基纤维素/尼龙共混改性锂电池隔膜。考察了纤维素浓、尼龙和添加剂浓度对隔膜的机械性能的影响,并对隔膜的吸液率、保液率、孔隙率物理性能等进行了相应的测试。对纤维素/尼龙共混膜的结构、表面形貌及热稳定性等进行了相应的化学表征。最终确定隔膜制备的最佳条件:纤维素的质量分数为4%,尼龙的质量分数为3%,添加剂PVPK30的质量分数为4%。在此实验条件下,隔膜的机械强度可达63.12MPa,吸液率、保液率分别可达254.2%、88%,孔隙率可达53.4%。热稳定性能测试结果表明,200℃下,隔膜的热收缩率仅为3%。FT-IR结果表明纤维素和尼龙的特征吸收峰均在纤维素/尼龙共混膜的红外光谱中得到体现,共混膜的两组份间具有良好的相容性。SEM结果表明共混膜的表面与断面分散着形状不规则的孔状结构,SEM与DSC结果表明纤维素与尼龙具有较好的相容性。XRD结果表明,共混后的纤维素与尼龙未发生晶型变化。TG结果表明共混膜具有较好的热稳定性。以水性聚氨酯为浸渍液,在不以无纺布为支撑底基的条件下对制备的共混膜进行改性处理,制备出纤维素/尼龙共混膜浸渍改性锂电池隔膜,探讨了水性聚氨酯的固含量对改性锂电池隔膜的机械强度、吸液率、保液率及孔隙率的影响,同时对改性后得到的锂电池隔膜的结构、表面形貌与热稳定性等进行了相应的化学表征。实验结果表明,当水性聚氨酯的固含量为30%时,改性锂电池隔膜的机械性能达到最大为43.93MPa,此条件下,隔膜的吸液率为214.7%、保液率为67.1%、孔隙率为43.2%。ATR-FTIR结果表明了本实验成功的对共混膜进行了改性处理,SEM结果表明,改性后的得到的隔膜表面和断面仍存在微小孔洞,TG结果表明,改性后得到的隔膜仍具有较好的热稳定性。热稳定性能测试结果表明,200℃下,隔膜的热收缩率仅为2.8%。
[Abstract]:The results show that the solubility of cellulose and nylon is 17.96 % and 11.58 % . The experimental results show that the mechanical strength of the modified lithium battery diaphragm is up to 64.2 % , the liquid absorption rate and the porosity can reach 53.4 % . The results show that the surface and the cross section of the modified lithium battery have good compatibility . The results show that the membrane has good thermal stability . The results show that the membrane has good thermal stability . The results show that the thermal shrinkage of the membrane is only 2.8 % at 200 鈩，

本文编号：1678587