石墨烯复合隔膜的制备及相关物性研究

发布时间：2017-09-29 19:16

  本文关键词：石墨烯复合隔膜的制备及相关物性研究

  更多相关文章： 复合隔膜 功能层 石墨烯 三维凝胶导电网络 锂离子电池

【摘要】：随着便携式电子设备的普及和电动汽车的发展,对于锂离子电池的性能要求日益提高。作为锂离子电池中的一个重要部件,隔膜不仅隔离正负极作用,决定电池的内阻,也影响电池的能量密度、倍率性能、循环性能、安全性能等,因此,隔膜性能的提高对改善锂离子电池的性能有重要意义,同时相对于电极材料的研究,这个方向研究相对较少。基于此,本论文的研究从改善隔膜的离子和电子的扩散速率出发,在商业化隔膜上增加了石墨烯复合导电功能层,获得了具有优异的锂离子透过性和单侧(石墨烯层)导电性新型隔膜。首先,制备了石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜并进行性能研究。采用涂覆方法在商业化隔膜上获得了石墨烯/聚偏氟乙烯功能层。石墨烯片层搭接形成三维导电网络,提高了隔膜与电解液的接触面积,聚偏氟乙烯有极性键,与电解液的相溶性较好,改善了隔膜与电解液的浸润性,功能层能够同时提高离子和电子的扩散速率,同时也提高了热稳定性。石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜应用于磷酸铁锂为正极的锂离子电池中,2C时,容量保持在120 m Ah/g左右,约为使用普通隔膜的3倍,5C时,容量仍能80mAh/g以上。通过同时提高离子和电子的扩散速率,可以实现锂离子电池的倍率性能提高。该方法简单,易操作,便于工业化生产。其次,提出水浴处理的方法,来调控石墨烯/聚偏氟乙烯功能层的孔结构进一步提高对于电解液的吸液能力。通过常温水浴相转化,来获得多孔结构功能层。多孔功能层吸收电解液后,可形成三维导电凝胶网络,与致密功能层相比具有更好的吸液保液能力,因而更利于离子和电子的传输。多孔石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜应用于以磷酸铁锂为正极的锂离子电池中,5C时,比容量可达110mAh/g,且600次循环后的容量保持率接近100%。多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能层隔膜也可拓展到锂硫电池中,可吸附阻挡多硫离子,利于锂离子和电子快速传输,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。本研究为制备长寿命、可快充及高功率锂离子电池和锂硫电池提供了新的解决方法。
【关键词】：复合隔膜 功能层 石墨烯 三维凝胶导电网络 锂离子电池
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 锂离子电池概述13-16
• 1.2.1 锂离子电池的发展13-14
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理14-15
• 1.2.3 锂离子电池的特征和结构组成15-16
• 1.3 正极材料16-17
• 1.4 负极材料17
• 1.5 电解液17-18
• 1.6 隔膜18-31
• 1.6.1 隔膜的作用18-19
• 1.6.2 锂离子电池隔膜的性能要求19-21
• 1.6.3 隔膜的类型21-31
• 1.6.3.1 聚烯烃微孔膜21-23
• 1.6.3.2 无纺布隔膜23-25
• 1.6.3.3 聚合物电解质25-28
• 1.6.3.4 无机膜28-30
• 1.6.3.5 复合隔膜30-31
• 1.7 锂离子电池隔膜的发展趋势31-32
• 1.8 本论文的研究目的和主要研究内容32-34
• 第2章 实验部分34-38
• 2.1 实验仪器与试剂34
• 2.2 结构表征34-35
• 2.2.1 扫描电子显微镜34-35
• 2.2.2 X射线衍射35
• 2.2.3 拉曼光谱35
• 2.2.4 热重分析35
• 2.2.5 四探针面电阻测试35
• 2.3 隔膜特性表征35-36
• 2.3.1 接触角35
• 2.3.2 吸液率35-36
• 2.3.3 离子电导率36
• 2.3.4 热收缩性能36
• 2.4 电化学性能表征36-38
• 2.4.1 电池的组装36-37
• 2.4.2 电化学性能的测试37-38
• 第3章 石墨烯/PVDF涂层复合隔膜的制备与性能研究38-47
• 3.1 引言38-39
• 3.2 制备39-40
• 3.3 结果与讨论40-46
• 3.3.1 结构表征40-41
• 3.3.2 功能层的浸润性、导电性及热稳定性41-45
• 3.3.3 电化学性能45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 多孔石墨烯/PVDF功能层复合隔膜的制备与性能研究47-60
• 4.1 引言47-48
• 4.2 制备48-49
• 4.3 结果与讨论49-58
• 4.3.1 多孔石墨烯/PVDF功能层形成过程49-50
• 4.3.2 结构表征50
• 4.3.3 多孔石墨烯/聚偏氟乙烯特性表征50-54
• 4.3.4 多孔石墨烯/聚偏氟乙烯复合隔膜的电化学性能54-56
• 4.3.5 基体对于多孔功能层的电化学性能影响56-57
• 4.3.6 功能层应用拓展57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 结论60-62
• 5.1 论文的主要结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果72-73
• 致谢73-75

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1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

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6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

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1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

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6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

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1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

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9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

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