纤维素类聚合物电解质的制备及其在锂离子电池中的应用

发布时间：2018-03-04 11:35

  本文选题：聚合物电解质　切入点：锂离子电池　出处：《复旦大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着科技的进步与经济的飞速发展,人们生活水平的提高,能源供给与能源需求之间的矛盾日益尖锐。为了应对日益严峻的“能源危机”和迎合环境保护的主题,发展可持续、环境友好的绿色新型能源体系成为当务之急。二次电池作为一种可以便利快捷的储存化学能且可将储存的能量高效无污染地转化为电能的设备而受到广泛关注。其中,锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、输出功率大、自放电小、工作温度宽、无记忆效应和循环寿命长等优点,在便携式电子设备、移动通讯灯光领域中获得广泛应用,而且大容量锂离子电池在混合动力汽车及纯电动汽车中也有较好的应用前景,其亦可作为风能、太阳能、潮汐能和地热能等绿色能源的储存设备应用与小型电网系统。但是,锂离子电池的安全性与可靠性有待提高。目前锂离子电池使用的电解质为液体电解质,当电池被滥用、内部短路或过热时,很容易将有机液体引燃,导致电池起火爆炸。为了大幅度提高锂离子电池的安全性与可靠性,迫切需要研制新型的电解质体系。使用聚合物电解质可以避免传统液态锂离子电池的漏液问题,提高电池的安全性和能量密度,同时又可以实现电池的薄型化、轻便化和形状可变。而纤维素作为天然高分子聚合物,来源丰富,对环境无污染,价格低廉,这从很大程度上明确了纤维素作为聚合物电解质研究基础的趋势。本论文主要开展了如下研究：甲基纤维素聚合物电解质的制备、多孔羧基甲纤维素聚合物电解质的制备和高性能复合型聚合物电解质的制备。1.甲基纤维素聚合物电解质的制备纤维素来源丰富,低价环保,而且溶液粘度大,成膜性能好；在本研究中采用水溶性的纤维素甲基纤维素(MC)作为原材料通过加水溶解成膜,对所制备的聚合物膜进行红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和差式扫描量热分析(DSC)等测试手段进行了表征。将聚合物膜吸收有机电解液LB315制备了聚合物电解质,该电解质的室温离子电导率(0.2mScm-1)接近于商用隔膜Celgard 2730 (0.21 mS cm-1);同时该聚合电解质的锂离子迁移数(0.29)相对于LiPF6电解液在Celgard2730隔膜中的离子迁移数(0.27)有些许提高,这在一定程度上有助于锂离子在电池充放电过程中的移动,对电池电化学性能提高有帮助。该种甲基纤维素聚合物电解质应用在锂离子电池中在不破坏电池性能的基础上,可以大大地缩减电池成本,而且在整个制备过程中对环境无污染,体现了这种纤维素聚合物电解质在实际应用中的很大优势。2.多孔羧甲基纤维素聚合物电解质的制备羧甲基纤维素(CMC)作为一种水溶性及成膜性能较好的纤维素,与人们的生活息息相关,被广泛应用食品、医药、建筑等各大领域中。本节以CMC作为原材料,通过加入不同比例的溶剂水(H20)与非溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解,制备了一系列多孔聚合物膜,对所制备的聚合物膜进行红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和差式扫描量热分析(DSC)等测试手段进行了表征。将聚合物膜吸收有机电解液LB315制备了聚合物电解质,经过进一步测试得出了这一系列多孔膜的离子电导率,其中室温离子电导率最高的可达0.48mS cm-1,比商用隔膜Celgard 2730 (0.21 mS cm-1)有很大的提高；同时该多孔聚合电解质膜在吸收过1 mol L-1 LiPF6电解液之后,通过测试得出其锂离子迁移数(0.46)相对于LiPF6电解液在Celgard隔膜中的离子迁移数(0.27)有大幅提高.3.高性能复合型聚合物电解质的制备聚合物电解质膜是影响锂离子电池性能的重要因素,通过对聚合物的改性,能够改善聚合物电解质膜的综合性能。为了寻找安全性高、力学性能好、电化学性质稳定的高性能聚合物电解质,本文将MC和PVDF进行复合,制备一种新型三明治夹层结构的复合膜PVDF/MC/PVDF。该复合膜表现出较高的安全性、好的电化学性能及较低的生产成本。复合膜PVDF/MC/PVDF吸收1 mol L-1 LiPF6电解液后制得PVDF/MC/PVDF聚合物电解质,该电解质的室温电导率达到1.5 mScm-1,比吸收LiPF6电解液后Celgard 2730隔膜电导率(0.21 mS cm-1)略高；同时该聚合物电解质的锂离子迁移数(0.47)相对于LiPF6电解液在Celgard隔膜中的离子迁移数(0.27)有大幅提高；聚合物电解质PVDF/MC/PVDF的电化学性能通过LiFePO4正极材料进行了评价(金属锂为对电极),结果显示LiFePO4在凝胶复合膜中表现出高的放电容量,好的循环性能和倍率性能,对大容量锂离子具有较强吸引力。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912

【共引文献】

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本文编号：1565478