锂离子电池聚乙烯隔膜氟化及其性能研究

发布时间：2017-12-11 20:37

  本文关键词：锂离子电池聚乙烯隔膜氟化及其性能研究

  更多相关文章： 聚乙烯隔膜 氟化 石墨C 金属Ti 沉积 锂离子电池

【摘要】：锂离子二次电池作为一种高性能的绿色电池,已广泛应用在各种便携式电子产品和通讯设备中。隔膜材料作为锂离子电池的重要组成部分越来越受到人们的关注。现有的聚烯烃隔膜材料因其热稳定性一般、力学性能较差、耐热性差等缺点,从而导致使用聚乙烯隔膜生产的锂离子电池性能不稳定,因此研究出一种能够更好的应用于锂离子电池生产的聚乙烯隔膜材料是目前锂离子行业发展的必然要求。本文对聚乙烯隔膜进行氟化改性,改善聚乙烯隔膜耐热性差的缺点,并将之应用于锂离子电池的生产,探究氟化聚乙烯隔膜对锂离子电池电化学性能的影响。研究结果表明,在耐热性方面,氟化聚乙烯隔膜的热收缩性能更好,垂直(TD)方向上的热收缩率为0%,水平(MD)方向上的热收缩率降低了0.5%,可在一定程度上提升了锂离子电池的安全性能,锂离子电池穿钉实验及热冲击实验结果可以证明这一点。虽然氟化聚乙烯隔膜的透气度及孔隙率有一定程度的下降,但使用氟化聚乙烯隔膜制作的锂离子电池其内阻及K值变化不大,且倍率性能优于未氟化的聚乙烯隔膜制作的电芯,能够满足生产要求。同时由于在氟化的过程中聚乙烯隔膜上H基团被F基团取代,使得聚乙烯隔膜的极性增强,与极性电解液的亲和能力增强。聚乙烯隔膜上的F基团极易与正极片上的PVDF及负极片上的CMC形成配位键,再加上分子间范德华力,使得隔膜及极片间粘接力增大,减小了锂离子电池的厚度,促进了锂离子电池的容量发挥。为进一步增强聚乙烯隔膜的耐热性,本文对氟化聚乙烯隔膜进行更深层次的研究。通过磁控溅射方式在氟化聚乙烯隔膜的一面进行石墨C、Ti金属沉积。本文在20℃条件下对氟化聚乙烯隔膜表面进行C、Ti沉积,沉积时间为5 min、10 min、30 min。C、Ti沉积氟化聚乙烯隔膜基本性能检测结果显示,氟化聚乙烯隔膜的热收缩性能得到进一步的提升,但其空隙率及透气度又有一定程度的下降,特别是C沉积氟化聚乙烯隔膜其空隙率及透气度下降较大。同时隔膜的厚度及面密度也有一定程度的上升。伴随着沉积时间的加长,C、Ti沉积氟化聚乙烯隔膜表面上沉积的C层或者Ti层分布也就越均匀。由于C、Ti沉积氟化聚乙烯隔膜制作的样品量有限,本文并未对C、Ti沉积氟化聚乙烯隔膜进行全电池的制作,而是改为制作纽扣电池。而纽扣电池的电化学性能检测结果显示,三种C沉积氟化聚乙烯隔膜制作的扣电其克容量效率及克容量保持率均低于氟化聚乙烯隔膜,因此C沉积氟化聚乙烯隔膜是失败的。但使用Ti沉积30 min隔膜制作的扣电,其克容量效率与氟化聚乙烯隔膜样品制作的扣电基本保持一致,且克容量保持率优于氟化聚乙烯隔膜样品制作的扣电,这说明Ti沉积30 min隔膜是较为成功的。同时在检测结果还表明,C、Ti沉积氟化聚乙烯隔膜表面沉积的C层或者Ti层具有嵌入和脱嵌锂离子的能力。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张胜利,余仲宝,韩周祥;锂离子电池的研究与发展[J];电池工业;1999年01期

2 王旭;刘向阳;;直接氟化表面改性技术研究进展[J];高分子通报;2010年04期

3 赖琼钰,卢集政,邹宏如;摇椅锂离子二次电池及其嵌入式电极材料[J];化学研究与应用;1998年01期

4 孙小青,孙卫东,王华,高毅;微孔滤膜在锂离子电池隔膜中的应用[J];塑料;2003年02期

，

本文编号：1279849