锂离子电池无机复合隔膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-06-23 10:15

  本文关键词：锂离子电池无机复合隔膜的制备及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池具有高能量功率密度和长循环寿命,在便携式电子设备、电动汽车等领域被广泛应用。在锂离子电池中,隔膜置于正负极之间,起到隔绝正负极防止短路的作用,同时浸润电解液使锂离子在其中快速通过。聚烯烃微孔膜因其优异的机械强度和化学稳定性被广泛应用于商品锂离子电池中,但其较差的热稳定性和电解液润湿性降低了电池安全性能和电化学性能。无机陶瓷隔膜具有极好的高温尺寸稳定性和电解液润湿性,但其较大厚度增大了隔膜阻抗,降低电池体积能量密度,同时较差的韧性导致其应用面狭窄。无机复合隔膜综合上述两类隔膜优势,同时具有良好的绝缘性能、热稳定性、电解液润湿性和韧性,被认为是一种非常有应用前景的隔膜。本论文为提高锂离子电池的安全性能、电化学性能制备了多孔的Al_2O_3/PVDF隔膜、Al_2O_3/SBR隔膜和纸基Al_2O_3/SBR隔膜,利用场发射扫描电镜(FESEM)对隔膜的形貌进行测试分析、采用恒流充放电测试、交流阻抗法等手段对隔膜电化学性能进行系统研究分析。首先,通过超声、研磨均匀混合A1203颗粒、粘结剂PVDF和溶剂NMP,通过流延法制备厚度为40μm、孔隙率为65%的Al_2O_3/PVDF隔膜。并使用相分离法,将湿膜置于去离子水中使PVDF发生非溶剂相分离反应析出形成凝固态,进一步降低Al_2O_3/PVDF隔膜厚度(20gm)并提高孔隙率至70%。两种隔膜均极好的热稳定性和电解液润湿性。其中相分离法制备的Al_2O_3/PVDF隔膜组装LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2|石墨全电池,展现出优异的电化学性能。其次,通过机械搅拌混合Al_2O_3颗粒、粘结剂SBR、分散剂PEG和溶剂H20,采用流延法制备厚度为37μm、孔隙率为68%的Al_2O_3/SBR隔膜。使用水性粘结剂SBR及H20使得制膜过程更环保。PEG的加入提高了悬浮液分散的稳定性,隔膜成膜后使用H20除去PEG提升隔膜孔隙率。Al_2O_3/SBR隔膜具有良好的韧性、浸润性和热稳定性。使用Al_2O_3/SBR隔膜组装LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2|石墨全电池,首次放电容量达156mAh g~(-1),0.5C循环100次后容量保持率为90.3%,8C下放电容量为127.5mAh g-。最后,通过在宣纸上喷涂Al_2O_3/SBR混合浆料制备纸基Al_2O_3/SBR隔膜。对比Al_2O_3/SBR隔膜,制备的纸基Al_2O_3/SBR隔膜保留了Al_2O_3/SBR隔膜优异的电解液润湿性(接触角0°)、热稳定性(130℃无尺寸收缩)和离子电导率(0.398mS cm~(-1)),并提高了Al_2O_3/SBR隔膜的机械强度(抗拉断应力为1.4MPa,形变量为5.4%)。通过组装LiCoO2|石墨全电池测试,0.5C循环60次后容量仍保持163.7mAhg~(-1),8C下放电容量为108mAhg~(-1),再回到0.1C放电容量为162.6mAh g~(-1)。
【关键词】：锂离子电池 无机复合隔膜 氧化铝
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 绪论17-31
• 1.1 锂离子电池介绍17-18
• 1.1.1 锂离子电池工作原理17-18
• 1.2 隔膜概述18-25
• 1.2.1 隔膜简介18
• 1.2.2 锂离子电池隔膜性能指标18-21
• 1.2.3 隔膜的分类21-25
• 1.3 复合隔膜在国内外的研究现状25-29
• 1.3.1 有机-无机材料分散热力学及动力学原理25-26
• 1.3.2 复合隔膜的类型26
• 1.3.3 复合隔膜的制备方法26-29
• 1.4 本论文研究目的意义和主要内容29-31
• 1.4.1 研究的目的和意义29
• 1.4.2 研究的主要内容29-31
• 第二章 实验方法和仪器设备31-36
• 2.1 实验药品31
• 2.2 实验主要仪器设备31-32
• 2.3 材料的物理特性表征测试32-34
• 2.3.1 隔膜表面形貌分析32
• 2.3.2 隔膜热重分析32-33
• 2.3.3 隔膜机械强度分析33
• 2.3.4 电解液润湿性分析33-34
• 2.4 材料的电化学性能测试34-36
• 2.4.1 电极片的制备34-35
• 2.4.2 扣式电池的组装35
• 2.4.3 电化学性能测试35-36
• 第三章 Al_2O_3/PVDF复合隔膜的制备及性能36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 Al_2O_3/PVDF隔膜制备36-37
• 3.2.2 隔膜的表征和电化学性能测试37
• 3.3 结果与讨论37-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 Al_2O_3/SBR复合隔膜的制备及性能45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.2.1 Al_2O_3/SBR隔膜制备46
• 4.2.2 隔膜的表征和电化学性能测试46-47
• 4.3 结果与讨论47-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 纸基Al_2O_3/SBR隔膜的制备及性能56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 实验部分56-57
• 5.2.1 纸基Al_2O_3/SBR隔膜制备56-57
• 5.2.2 隔膜的表征与电化学性能测试57
• 5.3 结果与讨论57-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 总结66-67
• 6.1 本论文的创新点和研究意义66
• 6.2 本论文的不足之处66-67
• 参考文献67-76
• 攻读硕士学位期间的学术活动和成果情况76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 胡志宇;李利平;周建军;李林;;无机复合锂离子电池隔膜的制备及性能研究[J];高分子学报;2015年11期

2 刘宏宇;徐军;郭宝华;李建军;何向明;;二氧化硅/聚乙烯醇多孔层对锂离子电池用聚丙烯隔膜性能的影响[J];高分子学报;2015年11期

3 杨皓程;陈一夫;叶辰;万灵书;徐志康;;有机-无机复合多孔膜制备与应用[J];化学进展;2015年08期

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本文编号：474719