锂离子电池用PAN/TPU/PPC三元凝胶聚合物电解质的制备与研究

发布时间：2023-08-15 18:13

　　锂离子电池(LIB)以其能量密度高、循环寿命长、记忆效应小等优点被认为是一种重要的储能装置。然而,有机液体电解质的泄漏和燃烧引起的安全问题限制了LIB的大规模应用。凝胶聚合物电解质(GPE)由于其耐热性高、尺寸稳定性好和与锂电极的良好相容性,被认为是一种有前途的替代品。如何制备出具有良好的孔结构、优异的机械性能和高的离子电导率GPE是研究的主要热点。本文采用高离子电导率和高热稳定的聚丙烯腈(PAN),具有优异力学性能的热塑性聚氨酯(TPU)及与电极和电解液有良好相容性的聚碳酸丙烯酯(PPC)三者共同作为基体材料,利用静电纺丝技术制备出物理性能和电化学性能优异的三元PAN/TPU/PPC基凝胶聚合物电解质(GPEs)。本论文从以下三方面展开研究:(1)利用静电纺丝技术制备出PAN/TPU/PPC、PAN/TPU、PAN/PPC、TPU/PPC基纳米纤维膜。干燥后,测薄膜的物理性能:形貌、孔隙率、热稳定性和机械性能等。待电纺薄膜活化为GPE后,对其电化学性能进行了测试。实验结果表明,PVDF/TPU/PPC基纳米纤维薄膜的微观形貌和热稳定性最好,该薄膜的拉伸强度为10.9 MPa,断裂伸长...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 聚合物锂离子电池
        1.2.1 聚合物锂离子电池的组成
        1.2.2 聚合物锂离子电池的工作原理
        1.2.3 聚合物锂离子电池的特点
        1.2.4 聚合物锂离子电池的发展
        1.2.5 聚合物锂离子电池的分类
    1.3 聚合物电解质
        1.3.1 聚合物电解质的发展及分类
        1.3.2 聚合物电解质的表征
        1.3.3 聚合物电解质的要求
        1.3.4 凝胶聚合物电解质
    1.4 凝胶聚合物体系
        1.4.1 PEO基凝胶聚合物电解质
        1.4.2 PAN基凝胶聚合物电解质
        1.4.3 PMMA基凝胶聚合物电解质
        1.4.4 PVDF基凝胶聚合物电解质
    1.5 凝胶聚合物电解质的制备方法
        1.5.1 直接凝胶法
        1.5.2 Bellcore法
        1.5.3 浇注法
        1.5.4 聚合交联法
        1.5.5 静电纺丝法
    1.6 本论文的主要研究思路、内容及创新性
        1.6.1 本论文的研究思路
        1.6.2 本论文的创新性
        1.6.3 本文主要研究内容
第2章 实验部分
    2.1 主要实验药品与仪器
    2.2 电极的制备及电池的组装
    2.3 电纺纤维膜的物理性能表征
        2.3.1 傅里叶变换红外光谱测试
        2.3.2 扫描电子显微镜
        2.3.3 热重分析
        2.3.4 差示扫描热量法
        2.3.5 电纺膜孔隙率测试
        2.3.6 电纺膜吸液率测试
        2.3.7 电纺膜力学性能测试
    2.4 电纺纤维膜电化学性能表征
        2.4.1 离子电导率的测定
        2.4.2 首次充放电和循环性能测试
        2.4.3 电化学稳定窗口
第3章 不同基体电纺纤维薄膜的制备与研究
    3.1 引言
    3.2 电纺纤维膜的制备
    3.3 凝胶聚合物电解质的制备
    3.4 电纺膜的结构与性能研究
        3.4.1 FTIR分析
        3.4.2 SEM分析
        3.4.3 TG分析
        3.4.4 孔隙率和吸液率测试
        3.4.5 交流阻抗谱图分析
        3.4.6 机械性能测试
        3.4.7 首次充放电测试及分析
        3.4.8 循环性能测试及分析
        3.4.9 电化学稳定性测试分析
    3.5 结论
第4章 不同质量比的PAN/TPU/PPC电纺膜的制备与研究
    4.1 引言
    4.2 不同质量比的凝胶聚合物电解质的制备
    4.3 电纺膜的结构与性能研究
        4.3.1 SEM分析
        4.3.2 TG分析
        4.3.3 孔隙率和吸液率测试
        4.3.4 交流阻抗谱图分析
        4.3.5 机械性能测试
        4.3.6 充放电测试及分析
        4.3.7 循环性能测试及分析
        4.3.8 电化学稳定性测试分析
    4.4 结论
第5章 不同浓度的PAN/TPU/PPC基电纺膜的制备与研究
    5.1 引言
    5.2 不同浓度的凝胶聚合物电解质的制备
    5.3 电纺膜的结构与性能研究
        5.3.1 SEM分析
        5.3.2 孔隙率和吸液率测试
        5.3.3 交流阻抗谱图分析
        5.3.4 力学性能测试
        5.3.5 充放电测试及分析
        5.3.6 循环性能测试及分析
        5.3.7 电化学稳定性能的测试及分析
    5.4 结论
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：3842021