埃洛石/聚偏氟乙烯复合隔膜及硅负极材料的制备与性能研究
发布时间：2021-12-23 06:59
携式电子设备、电动汽车和大规模储能系统的快速发展对高能量密度和长循环寿命锂离子电池提出了更高的要求,其中,隔膜和负极材料是制约锂离子电池性能的关键。本文主要以聚偏氟乙烯（PVDF）和埃洛石（HNT）为基本原料,采用相转移法制备出HNT/PVDF复合物隔膜。XRD和FTIR测试结果表明,HNT已经掺入到PVDF基质中。之后,重点研究HNT对隔膜结晶度,形貌和电化学性能的影响。DSC测试结果表明,随着HNT含量的增加,HNT/PVDF复合物隔膜结晶度逐渐降低。SEM测试结果表明,随着HNT含量的增加,HNT/PVDF复合物隔膜表面孔数量先增加后减少。当4 wt%HNT掺入后,制备的4-HNT/PVDF隔膜表面形成较多的孔,并且相应的孔隙率达到77.94%。这些孔不仅能够有效地存储电解液,而且有利于锂离子快速传输。此外,将不同HNT含量的HNT/PVDF复合物隔膜应用于Li/LiFePO4锂离子电池,发现随着HNT含量的提高,电池的放电比容量先增大后减小。当HNT含量达到4 wt%,4-HNT/PVDF隔膜组装的电池表现出卓越的初始放电容量,循环性能和倍率性能。本文还以...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电池工作原理
第1章绪论9图1.2室温下和415°C高温下硅的电化学脱锂与嵌锂曲线Figure1.2Delithiationandlithiationcurvesofsiliconat415°Candroomtemperature1.4选题意义及研究内容当前，为了满足便携式电子设备，电动汽车和大规模储能系统对高能量密度和长循环寿命的锂离子电池的需求，促进了人们对可再充电锂离子电池的隔膜和负极材料的进一步发展。隔膜的性能对锂离子电池的安全性能及电池的比容量起到关键作用。尽管聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）等隔膜已经商用化，但是由于它们差的热稳定性和低孔隙率限制了它们在高性能锂离子电池中的应用。因此，开发高孔隙率、吸液率和良好热稳定性的隔膜来弥补聚烯烃隔膜的缺点是当前需求。此外，对高能量密度的锂离子电池的需求也促进了硅负极材料的发展。硅负极材料拥有高的比容量，低的电压平台以及丰富的来源而受到了广泛的研究，然而硅负极材料在脱锂和嵌锂的过程中会产生大的体积膨胀导致SEI膜遭到破坏产生不可逆的容量损失。为了缓解上述问题，本实验采用PVDF复合埃洛石（HNT）制备复合聚合物隔膜，以及使用珍珠岩制备硅纳米颗粒以及多孔碳包覆型硅纳米颗粒作为锂离子电池硅负极，并分析其电化学性能。本文主要研究的内容如下：（1）HNT/PVDF复合聚合物隔膜制备及电化学性能研究本实验以PVDF为基质，HNT作为无机纳米填料，采用相转移法制备HNT/PVDF复合物隔膜。探索HNT对HNT/PVDF复合物隔膜结晶度、形貌、吸液率、孔隙率、离子电导率和锂离子迁移数的影响并确定HNT的最佳用量。此
第3章HNT/PVDF复合物隔膜制备及电化学性能研究19第3章HNT/PVDF复合物隔膜制备及电化学性能研究3.1HNT/PVDF复合物膜的制备本实验在室温下采用相转移法制备HNT/PVDF复合物隔膜，相应的机理图如图3.1。首先，取适量的埃洛石溶解到4mLDMF中超声2h使其分散。然后，称取1.0gPVDF溶解到6mL的DMF中，将已分散的埃洛石加入到溶解的PVDF中搅拌4h。控制HNT与PVDF（wt/wt）质量比为0:1，0.02:1，0.04:1，0.06:1，0.08:1并分别表示为PVDF，2-HNT/PVDF，4-HNT/PVDF，6-HNT/PVDF和8-HNT/PVDF。通过使用刮刀将所得混合溶液刮涂在玻璃板上，然后浸入去离子水中60s以获得复合物隔膜并在真空干燥箱中60°C下干燥12h除去残留的溶剂。图3.1复合物隔膜的制备过程Figure3.1Preparationprocessofcompositemembranes3.2结果与分析3.2.1XRD分析与DSC分析图3.2a展现的是HNT、PVDF隔膜和HNT/PVDF复合物隔膜的XRD。可以清晰的看到，HNT的特征衍射峰2θ=12.1°、20.1°、24.7°对应的晶面分别为（001）、（110）、（002）[97]。PVDF隔膜展现出半晶态结构并且拥有特征峰2θ=20.4°所对
本文编号：3548018
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电池工作原理
第1章绪论9图1.2室温下和415°C高温下硅的电化学脱锂与嵌锂曲线Figure1.2Delithiationandlithiationcurvesofsiliconat415°Candroomtemperature1.4选题意义及研究内容当前，为了满足便携式电子设备，电动汽车和大规模储能系统对高能量密度和长循环寿命的锂离子电池的需求，促进了人们对可再充电锂离子电池的隔膜和负极材料的进一步发展。隔膜的性能对锂离子电池的安全性能及电池的比容量起到关键作用。尽管聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）等隔膜已经商用化，但是由于它们差的热稳定性和低孔隙率限制了它们在高性能锂离子电池中的应用。因此，开发高孔隙率、吸液率和良好热稳定性的隔膜来弥补聚烯烃隔膜的缺点是当前需求。此外，对高能量密度的锂离子电池的需求也促进了硅负极材料的发展。硅负极材料拥有高的比容量，低的电压平台以及丰富的来源而受到了广泛的研究，然而硅负极材料在脱锂和嵌锂的过程中会产生大的体积膨胀导致SEI膜遭到破坏产生不可逆的容量损失。为了缓解上述问题，本实验采用PVDF复合埃洛石（HNT）制备复合聚合物隔膜，以及使用珍珠岩制备硅纳米颗粒以及多孔碳包覆型硅纳米颗粒作为锂离子电池硅负极，并分析其电化学性能。本文主要研究的内容如下：（1）HNT/PVDF复合聚合物隔膜制备及电化学性能研究本实验以PVDF为基质，HNT作为无机纳米填料，采用相转移法制备HNT/PVDF复合物隔膜。探索HNT对HNT/PVDF复合物隔膜结晶度、形貌、吸液率、孔隙率、离子电导率和锂离子迁移数的影响并确定HNT的最佳用量。此
第3章HNT/PVDF复合物隔膜制备及电化学性能研究19第3章HNT/PVDF复合物隔膜制备及电化学性能研究3.1HNT/PVDF复合物膜的制备本实验在室温下采用相转移法制备HNT/PVDF复合物隔膜，相应的机理图如图3.1。首先，取适量的埃洛石溶解到4mLDMF中超声2h使其分散。然后，称取1.0gPVDF溶解到6mL的DMF中，将已分散的埃洛石加入到溶解的PVDF中搅拌4h。控制HNT与PVDF（wt/wt）质量比为0:1，0.02:1，0.04:1，0.06:1，0.08:1并分别表示为PVDF，2-HNT/PVDF，4-HNT/PVDF，6-HNT/PVDF和8-HNT/PVDF。通过使用刮刀将所得混合溶液刮涂在玻璃板上，然后浸入去离子水中60s以获得复合物隔膜并在真空干燥箱中60°C下干燥12h除去残留的溶剂。图3.1复合物隔膜的制备过程Figure3.1Preparationprocessofcompositemembranes3.2结果与分析3.2.1XRD分析与DSC分析图3.2a展现的是HNT、PVDF隔膜和HNT/PVDF复合物隔膜的XRD。可以清晰的看到，HNT的特征衍射峰2θ=12.1°、20.1°、24.7°对应的晶面分别为（001）、（110）、（002）[97]。PVDF隔膜展现出半晶态结构并且拥有特征峰2θ=20.4°所对
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