添加纳米纤维素提高纸基锂离子电池隔膜性能的研究
发布时间：2021-07-30 10:27
锂离子电池由于其充放电效率高、能量密度高、循环寿命长、充电速度快和低污染等优点,广泛用于许多便携式电子设备的供电,包括笔记本电脑、数码相机、手机等。锂离子电池隔膜是锂离子电池安全的一个关键要素,具有分隔电池正极和负极,同时允许锂离子自由通过的重要功能。电池隔膜性能直接影响电池放电速率、循环时间和安全特性。传统的聚烯烃（聚乙烯或聚丙烯）类隔膜具有良好的电化学稳定性、适宜的厚度和机械强度,广泛用作锂离子电池隔膜。但是,随着高性能锂电池的普及,聚烯烃类隔膜暴露出热稳定性差等缺点。而热稳定性好、可再生的纸基锂离子电池隔膜不断受到研究者的青睐。本论文以漂白硫酸盐针叶木浆（NBSK）和芳砜纶（PSA）为主要原料制备纸基锂离子电池隔膜。首先讨论了 NBSK纤维打浆度和NBSK与PSA纤维配比对电池隔膜基本性能的影响。实验发现,NBSK纤维的打浆作用促进了纸基隔膜强度的提升,同时纸基隔膜的孔径变小,透气度降低。同时NBSK纤维所赋予纸基隔膜优越的电解液吸液性能优于商业隔膜。PSA纤维的加入更加促进了纸基隔膜均匀孔隙结构的形成,进一步减小了纸基隔膜孔径,降低透气度,同时大幅增加了电解液吸液率。经综合对比...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨锂离子电池的应用领域示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｆｉｅｌｄｓ?ｏｆ?ＬＩＢ??
括笔记本电脑、数码相机、手机和其他设备Ｗ。同时，由于锂离子无记忆效应，循??环寿命长，它的应用正向电池电动工具、可移动设备以及交通运输市场扩展，比如??用于电动车、不间断电源（ＵＰＳ）、可移动医疗设备等大型电源的储能装置［４１（图１－１）。??锂离子电池的应用领域??地机器人?？?ｖ：：?｜?ＵＰＳ??ＪＵ??平板电脉丨＾卞?电动滑板车＇?除草机??图１－丨锂离子电池的应用领域示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｆｉｅｌｄｓ?ｏｆ?ＬＩＢ??锂离子电池相比其他电池，具有体积小，重量轻，结构紧凑，工作电压稳定等??优点［５１。在其传统的结构中，锂离子电池包含石墨负极（例如中间相碳微珠，ＭＢ），??由锂金属氧化物（例如ＬｉＭ０２、０（：〇０２等）形成的正极，由锂盐溶液（例如ＬｉＰＦ６）??溶于混合有机溶剂（如碳酸乙烯酯－碳酸二甲酯，ＥＣ－ＤＭＣ）形成的电解液，还有嵌??在正负极之间的电池隔膜［６＇７１。图１－２显示了典型的锂离子电池结构｜８１。在通常的情??况下，这些电池基于ＥＣ－ＤＭＣ／ＬｉＭ〇ｄｎＣ／ＬｉＰＦ６电解液和电极的组合，发１：以Ｋ充??放电反应：??ｙＣ?＋?ＬｉＭ０２—＞ＬｉｘＣｙ＋Ｌｉ，ｉ．ｘ＞Ｍ０２?（ｘ—０．５，ｙ?＝?６，丨慨?３．７?Ｖ）?（１－１）??此过程涉及在两个屯极之Ｎ４逆地转移锂离子
负极?正极??图１－２锂离子电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬＩＢ??隔膜是锂离子电池的关键部件，它是正极和负极之间的物理屏障。高质量隔膜??应具有以下特性：高的尺寸和热稳定性，高的化学稳定性，良好的润湿性，高机械??强度和适当的孔隙率［９，｜（）１。??１．２锂离子电池隔膜??１．２．１锂离子电池隔膜的性能要求??锂离子电池隔膜是置于锂离子电池正负极之间的一种多孔薄膜。离子可以自由??通过，同时又能防止正负极短路。作为锂离子电池隔膜的材料有无纺布、泡沫材料、??离子交换膜和聚合物材料等｜ｎ］。随着电池技术的进步，对隔膜功能的要求也变得越??来越苛刻和复杂。??锂离子电池隔膜是锂离子电池安全的重要保障。因为隔膜在电池中起着至关重??要的作用。屯池隔膜在电池使用中的主要功能是［｜２］：?（１）保持正极和负极的隔开，??防止电池在正极和负极之间形成内部短路，保证电池的安全。（２）为电解液的离子??传导提供一个多孔结构的通道
【参考文献】：
期刊论文
[1]芳砜纶纤维/聚四氟乙烯复合材料的性能[J]. 刘立起,王旭,谢旺,俞鸣明,方琳,李红,杨敏,肖依,任慕苏,孙晋良. 上海大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]纳米纤维素与木浆混抄制备锂离子电池隔膜的性能研究[J]. 毛慧敏,陆赵情,何志斌,李双晓,童树华. 中国造纸. 2016(10)
[3]高性能纤维素基复合锂离子电池隔膜研究进展[J]. 刘志宏,柴敬超,张建军,崔光磊. 高分子学报. 2015(11)
[4]纤维素在锂离子电池隔膜中的应用[J]. 迟婷玉,贺磊,陈宗明,吴立群. 电池工业. 2014(04)
[5]锂离子电池隔膜研究与发展现状[J]. 曹胜先. 塑料科技. 2013(08)
博士论文
[1]基于宣纸的锂离子电池关键材料制备及表征[D]. 张临超.中国科学技术大学 2014
[2]多孔无机膜的制备及其作为锂离子电池隔膜的研究[D]. 陈静娟.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]锂离子电池隔膜用多级结构纳米纤维膜的制备及研究[D]. 夏明.武汉纺织大学 2015
[2]高热稳定性锂电池复合隔膜的制备及表征[D]. 熊明.武汉理工大学 2014
[3]基于芳砜纶材料的高安全性锂离子电池隔膜的研究[D]. 岳丽萍.青岛科技大学 2014
[4]纸基锂离子电池隔膜材料研究[D]. 申飞艳.长沙理工大学 2013
[5]湿法无纺布型锂离子电池隔膜材料的研究[D]. 陈继伟.华南理工大学 2009
本文编号：3311238
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨锂离子电池的应用领域示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｆｉｅｌｄｓ?ｏｆ?ＬＩＢ??
括笔记本电脑、数码相机、手机和其他设备Ｗ。同时，由于锂离子无记忆效应，循??环寿命长，它的应用正向电池电动工具、可移动设备以及交通运输市场扩展，比如??用于电动车、不间断电源（ＵＰＳ）、可移动医疗设备等大型电源的储能装置［４１（图１－１）。??锂离子电池的应用领域??地机器人?？?ｖ：：?｜?ＵＰＳ??ＪＵ??平板电脉丨＾卞?电动滑板车＇?除草机??图１－丨锂离子电池的应用领域示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｆｉｅｌｄｓ?ｏｆ?ＬＩＢ??锂离子电池相比其他电池，具有体积小，重量轻，结构紧凑，工作电压稳定等??优点［５１。在其传统的结构中，锂离子电池包含石墨负极（例如中间相碳微珠，ＭＢ），??由锂金属氧化物（例如ＬｉＭ０２、０（：〇０２等）形成的正极，由锂盐溶液（例如ＬｉＰＦ６）??溶于混合有机溶剂（如碳酸乙烯酯－碳酸二甲酯，ＥＣ－ＤＭＣ）形成的电解液，还有嵌??在正负极之间的电池隔膜［６＇７１。图１－２显示了典型的锂离子电池结构｜８１。在通常的情??况下，这些电池基于ＥＣ－ＤＭＣ／ＬｉＭ〇ｄｎＣ／ＬｉＰＦ６电解液和电极的组合，发１：以Ｋ充??放电反应：??ｙＣ?＋?ＬｉＭ０２—＞ＬｉｘＣｙ＋Ｌｉ，ｉ．ｘ＞Ｍ０２?（ｘ—０．５，ｙ?＝?６，丨慨?３．７?Ｖ）?（１－１）??此过程涉及在两个屯极之Ｎ４逆地转移锂离子
负极?正极??图１－２锂离子电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬＩＢ??隔膜是锂离子电池的关键部件，它是正极和负极之间的物理屏障。高质量隔膜??应具有以下特性：高的尺寸和热稳定性，高的化学稳定性，良好的润湿性，高机械??强度和适当的孔隙率［９，｜（）１。??１．２锂离子电池隔膜??１．２．１锂离子电池隔膜的性能要求??锂离子电池隔膜是置于锂离子电池正负极之间的一种多孔薄膜。离子可以自由??通过，同时又能防止正负极短路。作为锂离子电池隔膜的材料有无纺布、泡沫材料、??离子交换膜和聚合物材料等｜ｎ］。随着电池技术的进步，对隔膜功能的要求也变得越??来越苛刻和复杂。??锂离子电池隔膜是锂离子电池安全的重要保障。因为隔膜在电池中起着至关重??要的作用。屯池隔膜在电池使用中的主要功能是［｜２］：?（１）保持正极和负极的隔开，??防止电池在正极和负极之间形成内部短路，保证电池的安全。（２）为电解液的离子??传导提供一个多孔结构的通道
【参考文献】：
期刊论文
[1]芳砜纶纤维/聚四氟乙烯复合材料的性能[J]. 刘立起,王旭,谢旺,俞鸣明,方琳,李红,杨敏,肖依,任慕苏,孙晋良. 上海大学学报(自然科学版). 2017(02)
[2]纳米纤维素与木浆混抄制备锂离子电池隔膜的性能研究[J]. 毛慧敏,陆赵情,何志斌,李双晓,童树华. 中国造纸. 2016(10)
[3]高性能纤维素基复合锂离子电池隔膜研究进展[J]. 刘志宏,柴敬超,张建军,崔光磊. 高分子学报. 2015(11)
[4]纤维素在锂离子电池隔膜中的应用[J]. 迟婷玉,贺磊,陈宗明,吴立群. 电池工业. 2014(04)
[5]锂离子电池隔膜研究与发展现状[J]. 曹胜先. 塑料科技. 2013(08)
博士论文
[1]基于宣纸的锂离子电池关键材料制备及表征[D]. 张临超.中国科学技术大学 2014
[2]多孔无机膜的制备及其作为锂离子电池隔膜的研究[D]. 陈静娟.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]锂离子电池隔膜用多级结构纳米纤维膜的制备及研究[D]. 夏明.武汉纺织大学 2015
[2]高热稳定性锂电池复合隔膜的制备及表征[D]. 熊明.武汉理工大学 2014
[3]基于芳砜纶材料的高安全性锂离子电池隔膜的研究[D]. 岳丽萍.青岛科技大学 2014
[4]纸基锂离子电池隔膜材料研究[D]. 申飞艳.长沙理工大学 2013
[5]湿法无纺布型锂离子电池隔膜材料的研究[D]. 陈继伟.华南理工大学 2009
本文编号：3311238
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