PVdF-HFP基锂离子电池隔膜增强改性研究

发布时间：2018-01-17 22:03

本文关键词：PVdF-HFP基锂离子电池隔膜增强改性研究　出处：《苏州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：自1991年索尼公司首先实现锂离子电池商业化以来,锂离子电池作为重要的储能系统,现已成为移动电子设备、电动车、混合动力车等的主要供能电源。作为锂离子电池的重要组成部分,隔膜对锂离子电池的寿命、安全性、电化学性能等具有非常重要的影响。锂离子电池隔膜的主要作用是隔离电池正负极,防止电池内部短路并承载电解液实现锂离子在电池内部的传输。聚偏氟乙烯及其共聚物制备的隔膜具有高电化学稳定性、高孔隙率等特点。PVdF-HFP具有低结晶度的特点,从而可以形成更多的孔隙和更大的自由体积,是目前最常用的制备凝胶聚合物电解质膜的材料之一。然而,PVdF-HFP基凝胶聚合物电解质膜的许多性能仍需进一步提高,如不理想的离子电导率、低机械性能、高热收缩、不稳定的倍率放电性能等。本文将采用以下方法对PVdF-HFP基凝胶聚合物电解质膜进行性能增强改性。(1)我们制备了两种聚合物隔膜:PMMA/PVdF-HFP共混型聚合物隔膜(记为CS)、PMMA纳米粒子表面涂覆改性型PVdF-HFP基聚合物隔膜(记为nano-CS)。测试结果表明,nano-CS的离子电导率达到1.85 mS cm-1,高于CS(0.2)(1.57 mS cm-1)。另外,用nano-CS组装成的LiFePO4/Li半电池具有更好的循环稳定性和较高的放电比容量,室温下达到152 mAh g-1。PMMA纳米粒子在隔膜表面形成均匀孔隙,不会改变PVdF-HFP基膜中孔隙弯曲度且可以利用毛细作用吸收电解液,从而提高PVdF-HFP基聚合物隔膜的相关性能。(2)上述体系(1)PVdF-HFP基聚合物隔膜的改性提高了其热收缩性能以及在锂离子电池中使用的电化学性能。但是此类隔膜的机械强度仍然需要进一步提高。因此,我们引入凝胶结构。利用分散性好的有机-无机杂化材料—八臂乙烯基氧硅烷(V-POSS)作为交联剂。利用PEGMEMA,MMA产生交联结构并和PVdF-HFP形成三维互穿网络。所有凝胶聚合物电解质膜均具有高于5 V的电化学稳定窗口且分解温度高于200°C,可以满足锂离子电池的安全要求。其中PVdF-HFP含量为60%时(GPE60)电解质膜具有最高的离子电导率,达到1.51 mS cm-1。同时,GPE60拉伸强度约11 MPa,PVdF-HFP膜相比有很大提高,符合锂离子电池的组装要求。其组装成LiFePO4/Li半电池进行循环测试,发现GPE60组装成的半电池具有极高的放电比容量,达到约152 mAh g-1。(3)为了进一步改进上述体系(2)高强度凝胶聚合物电解质膜的电化学性能,我们利用非挥发性且分子量较小的PEG6作为致孔剂,按照(2)中方法先制备成凝胶聚合物电解质膜,后经水和无水乙醇将PEG洗出,在隔膜内部形成较多的孔隙和较大的孔洞。实验表明,当致孔剂含量为10%时,聚合物电解质膜(P10)具有最高的离子电导率,达到1.94 mS cm-1,其拉伸强度为10 MPa,满足锂离子电池的使用要求。另外,将P10膜组装成LiFePO4/Li半电池,其放电比容量达到156 mAh g-1且具有较好的循环稳定性。电池倍率性能测试表明,P10膜组装成的半电池在4.0 C下的放电比容量仍达到112 mAh g-1。致孔剂有效提高了凝胶聚合物电解质在电池快速放电下的使用性能。
[Abstract]:PVdF - HFP gel polymer electrolyte membrane has high electrochemical stability , high porosity and so on . The membrane of PVdF - HFP has high electrochemical stability and high porosity . The results show that the polymer electrolyte membrane has the highest ionic conductivity and can be absorbed by capillary action .

【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

【参考文献】