锂离子电池隔膜的制备与改性研究
发布时间：2022-12-03 23:25
锂离子电池技术正以惊人的速度蓬勃发展中,以其高容量、高寿命、无记忆等优点,目前已经成为电子产品应用最为广泛的能源器件之一,甚至有望成为纯电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）等其他大功率器械的主要动力能源。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其性能的优劣将会很大程度的影响着电池性能的好坏,这也一直是限制锂离子电池进一步突破的瓶颈。聚烯烃材料隔膜其电化学稳定性好、机械性能优异、价格低廉等优点一直以来占据着工业上锂离子电池隔膜行业的市场主体,但是由于聚烯烃材料在结构上表现疏水性,形貌上表现孔隙率低导致锂离子电池电化学性能低下,工艺上聚烯烃材料隔膜经拉伸取向而来在高温下分子链发生解取向造成收缩不均匀,加之材料上本身耐热性能差严重影响了锂离子电池的高温安全性能。为了解决上述亲水性和耐热性两大核心问题,本文通过新材料和新方法制备出一系列具有优异性能的多孔隔膜或改性隔膜。深入探究了形貌结构对亲水性的关系,亲水性对锂离子反应动力学的影响,和耐热性对锂离子安全性的作用,具体成果如下:针对商业聚烯烃隔膜孔隙率低以及孔径小等缺陷,本文通过热致相分离法制备出高密度聚乙烯（HDPE）多孔膜,并且为了优化H...
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 锂离子电池发展概述
1.2.1 锂原电池
1.2.2 锂离子电池
1.3 锂离子电池隔膜发展概述
1.3.1 锂离子隔膜材料的种类
1.3.2 锂离子隔膜的制备工艺
1.3.3 锂离子隔膜的改性技术
1.4 锂离子电池隔膜存在的问题
1.5 锂离子电池隔膜发展趋势
1.6 本课题研究的目的和意义
1.7 本课题研究的研究思路及内容
1.7.1 研究思路和方案
1.7.2 研究内容
第二章 高密度聚乙烯/甲基纤维素多孔隔膜的研究
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 实验材料
2.2.2 HDPE/MC共混多孔膜的制备
2.3 HDPE/MC多孔膜的表征
2.4 结果与讨论
2.4.1 不同MC含量对HDPE/MC/DOP体系下的热力学相图的影响
2.4.2 HDPE/MC多孔膜的形貌
2.4.3 MC的含量对HDPE多孔膜物理性能的影响
2.4.4 共混多孔膜作为隔膜的物理参数及电化学性能
2.4.5 共混多孔膜作为隔膜的磷酸铁锂基电池性能
2.5 本章小结
第三章 多孔羟乙基纤维素气凝胶涂层改性PP隔膜
3.1 引言
3.2 实验
3.2.1 实验材料
3.2.2 实验仪器
3.2.3 PP隔膜多巴胺改性的制备
3.2.4 HEC涂层改性PP隔膜的制备
3.2.5 多孔HEC涂层改性PP隔膜结构与性能表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 多巴胺和涂层改性PP隔膜的形貌
3.3.2 HEC浓度对涂层改性PP隔膜形貌的影响
3.3.3 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的红外分析
3.3.4 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的热性能分析
3.3.6 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的吸液率
3.3.7 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的电化学稳定性
3.3.8 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的离子导电率
3.3.9 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的Li~+迁移率
3.3.10 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的电池性能
3.4 本章小结
第四章 氧化石墨烯基多孔隔膜的研究
4.1 引言
4.2 实验
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验仪器
4.2.3 氧化石墨烯的制备
4.2.4 合成超支化聚醚多元醇
4.2.5 合成聚苯乙烯乳液
4.2.6 GO接枝HBPE的制备
4.2.7 氧化石墨烯基多孔膜的制备
4.2.8 GO-g-HBPE多孔膜结构与性能表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 GO及GO-g-HBPE多孔膜的形貌
4.3.2 GO膜及GO多孔膜的形貌
4.3.3 HBPE的核磁表征
4.3.4 GO、HBPE和GO-g-HBPE的红外测试
4.3.5 GO及GO-g-HBPE的XPS
4.3.6 GO及GO-g-HBPE的固体核磁
4.3.7 GO及GO-g-HBPE的晶体结构
4.3.8 GO及GO-g-HBPE的热性能
4.3.9 GO-g-HBPE多孔膜的电化学稳定性
4.3.10 GO-g-HBPE多孔膜的隔膜性能
4.3.11 GO-g-HBPE多孔膜的电池性能
4.4 本章小结
第五章 双功能热关断涂层的制备和改性的研究
5.1 引言
5.2 实验
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验仪器
5.2.3 双功能热关断涂层的制备
5.2.4 双功能热关断涂层的结构与性能表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 SiO_2及PS-co-PBA@SiO_2涂层隔膜的形貌
5.3.2 SiO_2及PS-co-PBA@SiO_2颗粒的红外测试
5.3.3 PS-co-PBA@SiO_2颗粒的T_g测试
5.3.4 涂层隔膜的热性能
5.3.5 涂层隔膜的隔膜性能
5.3.6 涂层隔膜的电池性能
5.4 本章小结
第六章 论文的主要结论及期望
6.1 主要结论
6.2 进一步工作展望
参考文献
攻读硕博学位期间发表的论文及专利
攻读硕博学位期间参加的科研项目
致谢
本文编号：3707182
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 锂离子电池发展概述
1.2.1 锂原电池
1.2.2 锂离子电池
1.3 锂离子电池隔膜发展概述
1.3.1 锂离子隔膜材料的种类
1.3.2 锂离子隔膜的制备工艺
1.3.3 锂离子隔膜的改性技术
1.4 锂离子电池隔膜存在的问题
1.5 锂离子电池隔膜发展趋势
1.6 本课题研究的目的和意义
1.7 本课题研究的研究思路及内容
1.7.1 研究思路和方案
1.7.2 研究内容
第二章 高密度聚乙烯/甲基纤维素多孔隔膜的研究
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 实验材料
2.2.2 HDPE/MC共混多孔膜的制备
2.3 HDPE/MC多孔膜的表征
2.4 结果与讨论
2.4.1 不同MC含量对HDPE/MC/DOP体系下的热力学相图的影响
2.4.2 HDPE/MC多孔膜的形貌
2.4.3 MC的含量对HDPE多孔膜物理性能的影响
2.4.4 共混多孔膜作为隔膜的物理参数及电化学性能
2.4.5 共混多孔膜作为隔膜的磷酸铁锂基电池性能
2.5 本章小结
第三章 多孔羟乙基纤维素气凝胶涂层改性PP隔膜
3.1 引言
3.2 实验
3.2.1 实验材料
3.2.2 实验仪器
3.2.3 PP隔膜多巴胺改性的制备
3.2.4 HEC涂层改性PP隔膜的制备
3.2.5 多孔HEC涂层改性PP隔膜结构与性能表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 多巴胺和涂层改性PP隔膜的形貌
3.3.2 HEC浓度对涂层改性PP隔膜形貌的影响
3.3.3 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的红外分析
3.3.4 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的热性能分析
3.3.6 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的吸液率
3.3.7 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的电化学稳定性
3.3.8 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的离子导电率
3.3.9 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的Li~+迁移率
3.3.10 HEC气凝胶涂层改性PP隔膜的电池性能
3.4 本章小结
第四章 氧化石墨烯基多孔隔膜的研究
4.1 引言
4.2 实验
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验仪器
4.2.3 氧化石墨烯的制备
4.2.4 合成超支化聚醚多元醇
4.2.5 合成聚苯乙烯乳液
4.2.6 GO接枝HBPE的制备
4.2.7 氧化石墨烯基多孔膜的制备
4.2.8 GO-g-HBPE多孔膜结构与性能表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 GO及GO-g-HBPE多孔膜的形貌
4.3.2 GO膜及GO多孔膜的形貌
4.3.3 HBPE的核磁表征
4.3.4 GO、HBPE和GO-g-HBPE的红外测试
4.3.5 GO及GO-g-HBPE的XPS
4.3.6 GO及GO-g-HBPE的固体核磁
4.3.7 GO及GO-g-HBPE的晶体结构
4.3.8 GO及GO-g-HBPE的热性能
4.3.9 GO-g-HBPE多孔膜的电化学稳定性
4.3.10 GO-g-HBPE多孔膜的隔膜性能
4.3.11 GO-g-HBPE多孔膜的电池性能
4.4 本章小结
第五章 双功能热关断涂层的制备和改性的研究
5.1 引言
5.2 实验
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验仪器
5.2.3 双功能热关断涂层的制备
5.2.4 双功能热关断涂层的结构与性能表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 SiO_2及PS-co-PBA@SiO_2涂层隔膜的形貌
5.3.2 SiO_2及PS-co-PBA@SiO_2颗粒的红外测试
5.3.3 PS-co-PBA@SiO_2颗粒的T_g测试
5.3.4 涂层隔膜的热性能
5.3.5 涂层隔膜的隔膜性能
5.3.6 涂层隔膜的电池性能
5.4 本章小结
第六章 论文的主要结论及期望
6.1 主要结论
6.2 进一步工作展望
参考文献
攻读硕博学位期间发表的论文及专利
攻读硕博学位期间参加的科研项目
致谢
本文编号：3707182
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