新型PVdF-HFP聚合物复合隔膜的制备与性能研究

发布时间：2020-04-07 10:54

【摘要】：锂离子电池作为高能量密度的储能装置而应用越来越广。隔膜作为锂离子电池的重要组成,因直接影响着锂离子电池的应用而吸引了人们持续的改进,其中,凝胶电解质隔膜,因为其电化学稳定性好、安全性好等优点,被视为一种极具前景的隔膜。但是,由于隔膜本身材质的特点,表现出机械强度差,尺寸稳定性差的缺点,在一定程度上制约着它在锂离子电池中的应用。本文采用无机纳米致孔剂、丙烯酸酯交联及静电纺丝法制备复合膜中间层等方法,重点提高凝胶电解质PVd F-HFP基聚合物隔膜的机械强度和尺寸稳定性。本论文主要可分为三个部分:(1)采用纳米Zn O作为致孔剂对聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVd F-HFP)基聚合物膜进行改性。对改性膜有关指标进行表征,如洗脱率测试、扫描电镜测试(SEM)、孔隙率与吸液率测试、机械性能测试和一系列电化学性能测试。测试结果表明:纳米Zn O的粒径小(30 nm)时改性效果好,纳米Zn O添加18%为合适的量,相应隔膜的离子电导率约为1.2 m S cm-1,同时拉伸强度达到11.5 MPa,其隔膜组装成电池后也表现出良好的循环性能和倍率放电性能,综合性能良好。(2)在(1)的研究基础上,制备了一种交联型锂离子电池微孔膜。将单体聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA),甲基丙烯酸甲酯(MMA)和八乙烯基倍半硅氧烷(POSS)经紫外线引发自由基聚合,与PVd F-HFP聚合物形成交联型聚合物膜,并通过纳米Zn O引入和去除形成膜的微孔结构。经膜的SEM、孔隙率与吸液率测试、机械强度测试以及各种电化学性能测试和分析,综合考虑离子电导率和机械强度这两个呈负相关的参数,认为18%是纳米Zn O合适的添加量,膜(CRZ18)的离子电导率为1.4 m S cm-1,拉伸强度为16 MPa。同时,用CRZ18膜组装的Li Fe PO4/Li半电池表现出最佳的循环性能和倍率放电性能。(3)将静电纺丝纤维素膜作为复合膜的中间层,即在静电纺丝所得的纤维素膜表面涂覆聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVd F-HFP)、单体聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTA)混合液,经引发聚合,形成表层含交联型聚合物、中间层为静电纺丝纤维素膜的三层复合膜。有关实验结果表明:复合膜的离子电导率和机械强度均得到明显提升,分别达到1.8 m S cm-1和12.5 MPa;与商业PE隔膜相比,其热稳定性有着明显提高,在180 oC下仍具有良好的尺寸稳定性;在电池测试中,其复合隔膜组装的电池在0.5 C/0.5 C的充放电条件下放电比容量可以达到137 m A h g-1,表现出良好的倍率放电性能。
【图文】：

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图 1.1 锂离子电池的工作原理示意图ig. 1.1 Schematic representation and operating principles of Li-ion batte子电池的电池反应式为：x y 1-x x y x nLiM O nC Li M O Li C充电放电+ + 子电池在充放电过程中，Li+分别具有正极脱嵌、负极嵌入和负极脱个过程，在这个过程中形成 Li+浓度差，Li+在这过程中不断来回迁子电池的内电路。子电池隔膜膜概述

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隔膜的制备方法据隔膜的分类不同，隔膜的制备方法也不同，常见的隔膜制备方法有静电纺丝法及相分离法。通常而言，聚烯烃微孔膜主要采用干法或者为这两种方法成本低廉，工艺简单，适合大规模生产；静电纺丝法主纺布隔膜，这种方法制备的隔膜纤维更细，微孔结构更丰富，离子电分离法主要用来制备聚合物电解质隔膜，这种制备方法工艺较为复杂，但是得到的隔膜孔洞结构更为丰富规整。下面对这几种制备方法做。1）干法[7,8]。干法制膜法又称为热致成膜法，其原理为将聚合物成膜或者双轴拉伸，从而形成裂缝状的微孔结构，如图 1.2 所示[9]。由于中没有使用溶剂，，所以干法制膜法成本较低，适合大规模生产，所以特别是 PE、PP 和 PE/PP/PP 隔膜产业，还是以干法作为主要的制作工
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912

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