环糊精改性醋酯纤维膜及其对锂硫电池穿梭效应抑制的研究

发布时间：2023-02-19 17:14

　　随着电子设备及电动汽车的发展,对动力储能设备提出了更高的要求。锂硫电池由于较高的理论比容量相当于锂离子电池的5倍左右,并且其正极活性物质硫的自然资源丰富,低毒性及成本低等优点,成为下一代高能量密度二次电池的候选者。然而,锂硫电池的内部反应特征也使电池系统面临诸多的问题,多硫化物的穿梭效应、锂枝晶等限制了其商业化进程。隔膜作为电池的重要组成部分,对电池的性能有着重要的影响。本课题针对锂硫电池的系统存在的问题制备环糊精(CD)及石墨碳(C)双面改性静电纺丝醋酯纤维膜作为高性能锂硫电池隔膜。首先,制备了醋酯纤维膜(CA)、环糊精-均苯三甲酰氯独立薄膜(CD-TMC)以及CD改性CA纳米纤维膜(CD/CA)。为了提高隔膜的孔隙率与亲液性,采用静电纺丝技术制备CA纳米纤维膜,探究了纺丝参数对纤维形貌和直径的影响,并用正交实验法对其工艺参数进行优化,利用优化参数得到平均纤维直径为180 nm的纳米纤维膜,并对其进行部分去乙酰化改性。以CD水溶液为水相,TMC溶液为有机相,利用界面聚合法构建CD-TMC独立薄膜,并对其形貌结构及组分结构进行分析,结果表明CD与TMC交联成功,薄膜具有自支撑结构和一定...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池简介
        1.2.1 锂硫电池组成和工作原理
        1.2.2 锂硫电池隔膜及存在的问题
    1.3 抑制穿梭效应的方法
        1.3.1 通过静电排斥效应抑制多硫化物扩散
        1.3.2 通过空间位阻效应抑制多硫化物扩散
        1.3.3 通过化学吸附抑制多硫化物扩散
    1.4 高性能隔膜与改性技术
        1.4.1 静电纺丝纳米纤维膜
        1.4.2 分子筛膜
        1.4.3 磁控溅射技术
    1.5 立题依据和主要研究内容
        1.5.1 立题依据
        1.5.2 课题主要研究内容
第二章 CD/CA复合膜的制备及其物化性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验材料与仪器
        2.2.2 CA纳米纤维膜的制备及工艺优化
        2.2.3 CA纳米纤维膜的微观形貌表征
        2.2.4 CA纳米纤维膜的改性
        2.2.5 CA纳米纤维膜的FTIR测试
        2.2.6 界面聚合CD-TMC独立膜的制备
        2.2.7 CD-TMC独立膜的性能表征
        2.2.8 CD/CA复合膜的制备
        2.2.9 CD/CA复合膜的热学性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 CA纤维膜的工艺优化
        2.3.2 改性CA纳米纤维膜的红外光谱分析
        2.3.3 CD-TMC独立膜的性能分析
        2.3.4 CD/CA复合膜的微观形貌分析
        2.3.5 CD/CA复合膜的热学性能分析
    2.4 本章小结
第三章 CD/CA复合隔膜的电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料与仪器
        3.2.2 隔膜的电解液亲和性测试
        3.2.3 锂硫电池的制备与组装
        3.2.4 界面阻抗测试
        3.2.5 离子电导率测试
        3.2.6 锂硫电池循环伏安性能测试
        3.2.7 锂硫电池充放电和循环性能测试
        3.2.8 锂硫电池倍率性能测试
        3.2.9 隔膜对多硫化物阻碍效果测试
        3.2.10 酯基与多硫化物相互作用研究
        3.2.11 CD的结构对离子传输的促进作用研究
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 电解液亲和性分析
        3.3.2 界面阻抗分析
        3.3.3 离子电导率分析
        3.3.4 循环伏安性能分析
        3.3.5 充放电性能分析
        3.3.6 循环性能分析
        3.3.7 倍率性能分析
        3.3.8 抑制多硫化物扩散效果分析
        3.3.9 酯基对多硫化物的吸附效果分析
        3.3.10 CD的结构对锂离子传输的促进作用分析
    3.4 本章小结
第四章 CD/CA/C复合隔膜的制备及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验材料与仪器
        4.2.2 磁控溅射CD/CA/C复合隔膜的制备
        4.2.3 CD/CA/C复合隔膜的微观形貌表征
        4.2.4 CD/CA/C复合隔膜的EDS-Mapping表征
        4.2.5 界面阻抗测试
        4.2.6 离子电导率测试
        4.2.7 锂硫电池的制备与组装
        4.2.8 锂硫电池循环伏安性能测试
        4.2.9 锂硫电池充放电及循环性能测试
        4.2.10 锂枝晶生长研究
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 CD/CA/C复合隔膜的微观形貌分析
        4.3.2 CD/CA/C复合隔膜的EDS-Mapping分析
        4.3.3 界面阻抗分析
        4.3.4 离子电导率分析
        4.3.5 循环伏安特性分析
        4.3.6 充放电性能分析
        4.3.7 循环性能分析
        4.3.8 倍率性能分析
        4.3.9 隔膜对锂枝晶的抑制效果分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3746631