PET无纺布型动力锂电池隔膜的制备

发布时间：2017-08-28 05:14

  本文关键词：PET无纺布型动力锂电池隔膜的制备

  更多相关文章： 动力锂电池隔膜 PET无纺布隔膜 PEGDMA 核壳粒子 高温闭孔

【摘要】：PET无纺布具有三维孔结构,不仅能有效吸收电解液,还能避免锂枝晶的刺穿,且强度较好,是动力锂电池隔膜的理想材料,但PET无纺布的纤维直径比较大,隔膜的孔径大且不均匀,此外PET无纺布的强度虽然较高但是仍不能满足锂电池隔膜的要求,为了解决这些弊端,本文通过两种方法对PET无纺布进行了改性:第一,涂覆PAN-MA树脂,结合PAN高离子电导率以及PET无纺布良好的耐热性和力学强度。第二,浸涂核壳粒子,形成孔隙率高、热稳定性好、拉伸强度高、离子电导率高等综合性能优异的锂电池隔膜,然后用PVdF-HFP进行封装,形成具有闭孔功能的三明治结构隔膜。本文的主要研究如下:(1)通过倒相法制备了(PAN-MA)-PET复合锂电池多孔隔膜,其离子电导率达2.14 mS/cm。PAN-MA涂膜液中加入了PEGDMA以提高隔膜的耐化学腐蚀性,涂膜之后PEGDMA通过高温引发的方式直接交联聚合,没有引发剂残留。通过红外、阻抗、电镜等研究了PEGDMA作为交联剂的最佳添加量和最佳焙烘时间、PEGDMA对隔膜离子电导率、厚度、孔隙率、耐化学腐蚀性、以及拉伸强度等性能的影响:PEGDMA的加入主要起到了三个作用,第一,影响相分离的速度,使孔隙率发生变化;第二,浸润电解液后保持多孔的结构;第三,通过交联减小结晶度,促进锂离子的迁移。PEGDMA-320对隔膜综合性能的提高优于PEGDMA-550,PEGDMA-320与水的相容性差,促进了相分离过程,有助于提高隔膜的孔隙率,而PEGDMA-550则延缓了PAN-MA与水的相分离过程,因此孔隙率反而比没有添加PEDMA-550的隔膜的孔隙率高。两者都可以通过交联提高隔膜的耐化学腐蚀性,保持隔膜的多孔结构;交联之前PEGDMA促进结晶,使隔膜结构更致密,交联后隔膜的结晶度降低,隔膜的离子电导率提高。(2)对核壳粒子制备进行系统研究,对气相二氧化硅进行γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)接枝,反应以甲醇为溶剂,结果显示:反应温度的提高可以加速接枝的过程,反应温度提高到70℃,反应时间可以减少至5h。接枝PMMA采用乳液聚合,KH570占二氧化硅的比重为4.6%,核壳粒子提高了PMMA的热稳定性,TG显示核壳粒子的高温热分解温度比纯PMMA提高了10℃。为简化核壳粒子的制备过程,减小制备的成本,研究了以TMPTA、PEGDMA-320为核,以PMMA为壳的核壳粒子的制备方法,TMPTA-PMMA核壳粒子的悬浮液比PEGDMA-PMMA核壳粒子的悬浮液更均匀。(3)通过核壳粒子和PVdF-HFP改性PET无纺布制备了综合性能优异的动力锂电池隔膜。用核壳粒子进行第一次改性,核壳粒子不仅能形成高孔隙、三维孔结构,还能为PVdF-HFP提供一个粗糙的表面,增强粘附力、提高隔膜的稳定性和力学性能;微量PEGDMA-320的加入可以增强核壳粒子与无纺布的粘合,进一步提高隔膜的力学强度。PVdF-HFP的封装完善了隔膜的高温闭孔功能,所得到的隔膜具有离子电导率高(0.94mS/cm)、孔隙率高(49.3%)、160℃不收缩、力学强度达标(43.5MPa)、厚度小(24μm)、成本低等优异的综合性能。TMPTA-PMMA核壳粒子改性隔膜的离子电导率为0.62mS/cm优于同等孔隙率二氧化硅-PMMA核壳粒子改性的隔膜的离子电导率,但是因为孔隙率不能进一步提高,因此离子电导率差于二氧化硅与PMMA质量比为1:3的核壳粒子改性的隔膜的离子电导率。
【关键词】：动力锂电池隔膜 PET无纺布隔膜 PEGDMA 核壳粒子 高温闭孔
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 锂电池隔膜概述13-16
• 1.2.1 锂电池隔膜的作用机理14
• 1.2.2 锂电池隔膜的主要性能14-16
• 1.3 锂电池隔膜的种类16-20
• 1.3.1 干法拉伸法锂电池隔膜16-17
• 1.3.2 热致相分离法（TIPS）锂电池隔膜17-18
• 1.3.3 非溶剂相分离法锂电池隔膜18-19
• 1.3.4 静电纺丝法锂电池隔膜19-20
• 1.4 动力锂电池隔膜的研究现状20-28
• 1.4.1 改性聚烯烃膜法22-24
• 1.4.2 静电纺丝24
• 1.4.3 无纺布改性法24-28
• 1.5 本论文的研究目的、意义及创新点28-30
• 1.5.1 本文研究的意义和内容28-29
• 1.5.2 本论文课题的主要创新点29-30
• 第二章 PAN-MA改性PET无纺布制备动力锂电池隔膜30-49
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-36
• 2.2.1 实验药品31
• 2.2.2 实验仪器及设备31-32
• 2.2.3 PAN改性PET无纺布制备动力锂电池隔膜32-33
• 2.2.4 表征与测试33-36
• 2.3 结果与讨论36-48
• 2.3.1 焙烘温度的选择36-37
• 2.3.2 焙烘时间对PEGDMA交联反应的影响37-39
• 2.3.3 PEGDMA的添加量对离子电导率的影响39-40
• 2.3.4 PEGDMA的作用机理40-42
• 2.3.5 PEGDMA添加量对复合隔膜厚度的影响42-43
• 2.3.6 复合隔膜的孔隙率43-44
• 2.3.7 复合隔膜的形貌44-46
• 2.3.8 复合隔膜的润湿性46
• 2.3.9 复合隔膜的热稳定性46-47
• 2.3.10 复合隔膜的拉伸强度47-48
• 2.4 小结48-49
• 第三章 核壳粒子的制备49-61
• 3.1 引言49-50
• 3.2 实验部分50-55
• 3.2.1 实验药品50-51
• 3.2.2 主要实验仪器及设备51-52
• 3.2.3 实验方法52-54
• 3.2.4 表征与测试54-55
• 3.3 结果与讨论55-59
• 3.3.1 核壳粒子的红外55-58
• 3.3.2 热重分析58
• 3.3.3 粒径分析58-59
• 3.4 小结59-61
• 第四章 以PMMA为壳的核壳粒子改性PET无纺布制备动力锂电池隔膜61-74
• 4.1 引言61-62
• 4.2 实验部分62-65
• 4.2.1 实验药品62
• 4.2.2 主要实验仪器及设备62-63
• 4.2.3 核壳粒子改性PET无纺布隔膜63-64
• 4.2.4 测试与表征64-65
• 4.3 结果与讨论65-73
• 4.3.1 复合隔膜的离子电导率65-66
• 4.3.2 复合隔膜的孔隙率66-68
• 4.3.3 复合隔膜的润湿性68
• 4.3.4 复合隔膜的热稳定性68-70
• 4.3.5 复合隔膜的形貌70-72
• 4.3.6 复合隔膜的力学性能72-73
• 4.4 小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 附件85

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