锂离子电池聚丙烯隔膜的表面改性及其性能研究

发布时间：2017-10-31 05:05

  本文关键词：锂离子电池聚丙烯隔膜的表面改性及其性能研究

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【摘要】：锂离子电池的聚丙烯(PP)隔膜具有化学性质稳定,耐腐蚀能力强,膜孔高温自闭合等特点。但聚丙烯隔膜耐热能力、吸液保液能力较差,孔隙不均,这严重影响锂离子电池的高倍率充放电特性和循环寿命,甚至是安全性能。为提高聚丙烯隔膜的耐热性能、吸液保液性能,改善聚丙烯隔膜的孔隙分布状态,提高聚丙烯隔膜组装的锂离子电池的循环充放电性能、高倍率充放电性能,本文利用多巴胺(DA)氧化聚合生成聚多巴胺(PDA)过程中产生的超强粘附力,将SiO2纳米粒子、SiO2纳米管、SiO2空心球固定到PP隔膜上,制备了SiO2/PDA/PP复合膜,探究了不同复合隔膜的结构特点和电化学性能。结果表明,相比PP膜,SiO2纳米粒子/PDA/PP复合膜表现出更强的亲液性(平均接触角51.5±1°)、吸液保液性能和耐热性能。在548 m A/g的电流密度下充放电循环100次,采用复合膜的Li Co O2/Li半电池首次放电容量为160.8 m Ah/g(PP膜的为152.3 m Ah/g)、容量衰减率为43.4%(PP膜的为43.7%),循环稳定性较好;在0.2C下,复合隔膜组装的半电池均表现出优异的充放电循环性能,在0.2C~1C下,复合隔膜组装的半电池具有较好的倍率性能,但在2C~8C下,电池高倍率充放电性能有待提高。SiO2纳米管/PDA/PP复合膜也表现出较强的亲液性能(复合膜平均接触角50.5±2°)、吸液保液能力,SiO2纳米管与多巴胺质量比为3:2和2:1时制备的复合膜耐热性能显著增强;在548 m A/g的电流密度下充放电循环100次,采用复合膜的半电池表现出较高的首次放电容量(158.1 m Ah/g)和较低的容量衰减率(35.1%);在0.2C~2C倍率下,复合膜组装的半电池放电容量高于聚丙烯隔膜组装的半电池,但在2C~8C下,电池高倍率充放电性能有待提高。SiO2空心球/PDA/PP复合膜同样具有优良的耐热性能、亲液性能(复合膜平均接触角44.8±1°)、吸液保液性能。在548 m A/g、1370 m A/g、2192 m A/g的电流密度下充放电循环100次,采用SiO2空心球/PDA/PP复合膜的半电池均表现出较高的首次放电容量和较好的循环稳定性;在0.2C~8C倍率条件下,SiO2空心球/PDA/PP复合膜组装的半电池均表现比PP膜组装的半电池出更好的倍率性能。
【关键词】：二氧化硅 聚多巴胺 隔膜 锂离子电池
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的意义10-13
• 1.1.1 课题背景10-11
• 1.1.2 研究的目的意义11-13
• 1.2 锂离子电池隔膜简介13-18
• 1.2.1 电池隔膜分类13-15
• 1.2.2 隔膜性能要求和检测指标15-17
• 1.2.3 锂离子电池隔膜研究现状17-18
• 1.3 课题的主要研究内容18-19
• 第2章 原料设备与实验方法19-25
• 2.1 实验原料19
• 2.2 仪器设备19-20
• 2.3 材料制备和电池装配20-22
• 2.3.1 二氧化硅纳米粒子制备20
• 2.3.2 二氧化硅纳米管的制备20-21
• 2.3.3 二氧化硅空心球的制备21
• 2.3.4 不同形貌二氧化硅枝接氨基21
• 2.3.5 锂离子电池聚丙烯隔膜改性21-22
• 2.3.6 电池装配22
• 2.4 微观结构测试22-23
• 2.4.1 扫描电子显微镜22
• 2.4.2 透射电子显微镜22-23
• 2.5 物理性能测试23-24
• 2.5.1 耐热能力测试23
• 2.5.2 吸液保液能力测试23
• 2.5.3 亲液能力测试23-24
• 2.6 电化学性能表征24-25
• 2.6.1 循环伏安测试(CV)24
• 2.6.2 交流阻抗测试(EIS)24
• 2.6.3 恒流充放电测试24
• 2.6.4 倍率性能测试24-25
• 第3章 SiO_2纳米粒子修饰聚丙烯隔膜25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合隔膜的表面形貌表征25-27
• 3.3 SiO_2 纳米粒子与DA质量比对复合膜物理性能影响27-30
• 3.3.1 SiO_2 纳米粒子/PDA/PP复合膜的亲液能力测试27-28
• 3.3.2 SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合膜的吸液保液能力测试28-30
• 3.3.3 SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合膜的耐热能力测试30
• 3.4 使用SiO_2 纳米粒子/PDA/PP复合膜半电池的电化学性能测试30-35
• 3.4.1 使用SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合膜半电池的循环伏安测试30-31
• 3.4.2 使用SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合膜半电池的交流阻抗测试31-33
• 3.4.3 使用SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合膜半电池的循环性能测试33-34
• 3.4.4 使用SiO_2纳米粒子/PDA/PP复合膜半电池的倍率性能测试34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 SiO_2纳米管修饰聚丙烯隔膜36-46
• 4.1 引言36
• 4.2 SiO_2纳米管/PDA/PP复合隔膜的表面形貌表征36-37
• 4.3 SiO_2纳米管与多巴胺不同质量比对复合膜物理性能影响37-41
• 4.3.1 SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜的亲液能力测试37-38
• 4.3.2 SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜的吸液保液能力测试38-40
• 4.3.3 SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜的耐热能力测试40-41
• 4.4 使用SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜半电池的电化学性能测试41-45
• 4.4.1 使用SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜半电池的循环伏安测试41-42
• 4.4.2 使用SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜半电池的交流阻抗测试42-43
• 4.4.3 使用SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜半电池的循环性能测试43-44
• 4.4.4 使用SiO_2纳米管/PDA/PP复合膜半电池的倍率性能测试44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 SiO_2空心球修饰聚丙烯隔膜46-58
• 5.1 引言46
• 5.2 SiO_2空心球/PDA/PP复合隔膜的表面形貌表征46-47
• 5.3 SiO_2空心球与多巴胺不同质量比对复合膜物理性能影响47-50
• 5.3.1 SiO_2空心球/PDA/PP复合隔膜的亲液能力测试47-48
• 5.3.2 SiO_2空心球/PDA/PP复合隔膜的耐热能力测试48-49
• 5.3.3 SiO_2空心球/PDA/PP复合隔膜的吸液保液能力测试49-50
• 5.4 使用SiO_2空心球/PDA/PP复合膜半电池的电化学性能测试50-56
• 5.4.1 使用SiO_2空心球/PDA/PP复合膜半电池的循环伏安测试50-51
• 5.4.2 使用SiO_2空心球/PDA/PP复合膜半电池的交流阻抗测试51-53
• 5.4.3 使用SiO_2空心球/PDA/PP复合膜半电池的循环性能测试53-55
• 5.4.4 使用SiO_2空心球/PDA/PP复合膜半电池的倍率性能测试55-56
• 5.5 本章小结56-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读学位期间发表的学术论文63-65
• 致谢65

【参考文献】

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1 邱景义;余仲宝;李萌;;高功率锂离子电池热特性研究[J];电源技术;2015年01期

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本文编号：1120880