聚酰亚胺锂离子电池隔膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-11-02 04:33

  本文关键词：聚酰亚胺锂离子电池隔膜的制备及其性能研究

  更多相关文章： 动力锂离子电池隔膜 静电纺丝 聚酰亚胺 高温稳定性 电化学性能

【摘要】：随着锂离子电池向电动汽车、航空航天、能源储存、大型仪器仪表等动力领域的发展,对电池的综合性能提出了更高的要求。传统聚烯烃隔膜的热稳定性差以及其孔隙率低等缺点日益凸显,成为影响锂离子电池高温安全性能和高倍率放电性能的最主要因素之一,是制约锂离子电池开发和利用的中心环节。从上述实际出发,本课题旨在制备一种具有良好高温稳定性的锂离子电池隔膜,解决传统聚烯烃隔膜电池用于动力设备中的高温安全性问题,同时,从隔膜的制备方法以及基材等方面突破聚烯烃隔膜孔隙率低、离子电导率差等缺陷,提高锂离子电池的综合性能。基于以上考虑,本文利用静电纺丝法制备出一种新型的聚酰亚胺基锂离子电池隔膜,主要应用于动力锂离子电池中,以满足其在高倍率和高温条件下的使用要求。本课题的主要研究内容及结果如下:利用静电纺丝法成功制备出了聚酰亚胺锂离子电池隔膜,研究了前驱液浓度、纺丝电压、纺丝速率、接收距离以及纺丝时间等工艺参数对隔膜微观形貌和性能的影响,并确定出最适宜的纺丝参数:前驱液浓度为25%,纺丝电压为18KV,纺丝速率为0.6m L/h,接收距离为20cm,纺丝时间为5~8min。对所制备的聚酰亚胺隔膜进行各项性能测试,结果表明,隔膜具有较高的孔隙率(90%),同时具有良好的电解液润湿性能和保持性能;热尺寸稳定性较好,在高达500℃的高温下尺寸未发生明显变化,相较于在150℃下即有约20%收缩率的传统聚乙烯隔膜,具有突出的耐高温性能优势;隔膜的抗拉强度随其酰亚胺化温度的升高经历一个先增大后减小的变化过程,经300℃酰亚胺化处理的隔膜具有最好的抗拉强度,为10.99MPa。利用聚酰亚胺纺丝隔膜组装成的动力锂离子电池相较于传统聚乙烯隔膜电池表现出优异的电化学性能,在高倍率放电的条件下,聚酰亚胺隔膜在高达28.8C倍率下仍保持33.6%的放电率,而聚乙烯隔膜在16C放电时放电率仅为8.48%;同时,聚酰亚胺隔膜具有良好的储存性能,且经28天常温储存和7天60℃高温储存后仍保持较好的循环性能。
【关键词】：动力锂离子电池隔膜 静电纺丝 聚酰亚胺 高温稳定性 电化学性能
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-29
• 1.1 前言10-11
• 1.2 锂离子电池概述11-17
• 1.2.1 锂离子电池的结构和基本原理11-12
• 1.2.2 锂离子电池的性能指标12-14
• 1.2.3 锂离子电池的发展及应用前景14-17
• 1.3 锂离子电池隔膜简介17-20
• 1.3.1 隔膜的结构要求17-18
• 1.3.2 隔膜的性能要求18-20
• 1.4 锂离子电池隔膜的研究现状20-27
• 1.4.1 锂离子电池隔膜的分类20-23
• 1.4.2 锂离子电池隔膜的制备方法23-25
• 1.4.3 锂离子电池隔膜的改性技术25-27
• 1.5 本课题的选题依据和研究内容27-29
• 1.5.1 选题依据27
• 1.5.2 主要研究内容27-28
• 1.5.3 创新点28-29
• 2 聚酰亚胺纺丝隔膜的制备及纺丝工艺探究29-38
• 2.1 前言29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验原料与试剂29-30
• 2.2.2 实验仪器与设备30
• 2.2.3 聚酰亚胺隔膜的制备30-31
• 2.2.4 性能测试与表征31-32
• 2.3 工艺参数对聚酰亚胺纺丝隔膜的影响32-37
• 2.3.1 前驱液浓度的影响32-33
• 2.3.2 注射速率的影响33
• 2.3.3 纺丝电压的影响33-35
• 2.3.4 接收距离的影响35-37
• 2.3.5 纺丝时间的影响37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 聚酰亚胺纺丝隔膜的性能研究38-48
• 3.1 前言38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 实验原料与试剂38
• 3.2.2 实验仪器与设备38-39
• 3.2.3 性能测试及表征方法39-40
• 3.3 结果与讨论40-47
• 3.3.1 热分析40-41
• 3.3.2 红外光谱分析41-42
• 3.3.3 孔隙率42-43
• 3.3.4 吸液率43-44
• 3.3.5 热尺寸稳定性44-45
• 3.3.6 力学性能45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 隔膜的应用及其电化学性能研究48-56
• 4.1 前言48
• 4.2 实验部分48-50
• 4.2.1 实验原料与试剂48
• 4.2.2 实验仪器与设备48-49
• 4.2.3 叠片电池的组装49
• 4.2.4 性能测试及表征方法49-50
• 4.3 结果与讨论50-54
• 4.3.1 倍率性能50-52
• 4.3.2 储存性能52-53
• 4.3.3 循环性能53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 结论与展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-68
• 攻读学位期间发表的学术论文目录68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 唐致远;谭才渊;陈玉红;崔燕;薛建军;;锂离子电池高倍率放电性能研究[J];电源技术;2006年05期

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3 李丰;周思思;尹立兵;吴军;;锂电池储存性能研究进展[J];广州化工;2014年07期

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本文编号：1130039