浸涂—刮涂法改性聚对苯二甲酸乙二醇酯隔膜

发布时间：2017-09-24 00:23

  本文关键词：浸涂—刮涂法改性聚对苯二甲酸乙二醇酯隔膜

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【摘要】：隔膜是锂离子电池的重要组成部分,其性能优劣直接影响着电池电化学性能和安全性能。由于商业化的聚烯烃隔膜存在着热稳定性差、电解液润湿性差、孔隙率低等缺点,使得锂离子电池已经无法满足高功率密度、高能量密度和高安全性的要求。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布隔膜具有高的孔隙率、电解液润湿性和高的熔点,被考虑用作锂离子电池隔膜。本文针对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布隔膜大孔径及孔径分布不均匀的问题对其进行改性,并选用PP隔膜作对照。首先,利用浸涂-刮涂法在PET无纺布隔膜表面涂覆Al_2O_3/PVDF-HFP涂层,探究了不同比例的Al_2O_3/PVDF-HFP(比例分别为70/30,50/50,30/70,0/100,复合隔膜分别命名为P-7,P-5,P-3和P-0)对复合隔膜性能的影响。测试复合隔膜的SEM图像、透气性、孔隙率、电解液润湿性、离子电导率、热稳定性和电化学性能,结果表明复合隔膜P-3和P-0具有优秀的理化性能和电化学性能。P-3和P-0隔膜在室温下的离子电导率分别为1.098mS/cm和1.071mS/cm,远远的高于PP隔膜的0.654mS/cm。P-3和P-0复合隔膜组装电池具有优秀的循环和倍率性能。其次,根据上述结果对实验进行进一步的优化。在P-0复合隔膜工艺参数的基础上,探索不同的烘干温度对复合隔膜性能的影响。本文探索了在50℃、80℃和110℃下烘干制备的复合隔膜,分别命名为P-0,P-1,P-2。测试复合隔膜的理化性能和电化学性能,结果表明随着烘干温度的升高,复合隔膜的涂层孔径变小,但也不能无限升高,当温度为110℃时,孔结构有塌陷之势。通过测试结果可知,复合隔膜P-1(即烘干温度为80℃)具有优秀的理化性能和电化学性能。最后,在以上实验结果的基础上,探索不同比例的SiO_2/Al_2O_3陶瓷颗粒,PVDF-HFP作为粘结剂,在PET隔膜表面涂覆。分别探究了SiO_2/Al_2O_3=0/1,3/7,1/1,7/3,1/0,复合隔膜命名为S-0,S-1,S-2,S-3,S-4。研究发现复合隔膜S-1表面具有良好的间质空隙,高的热稳定性和电解液润湿性。S-1隔膜组装电池表现出优秀的循环性能和倍率性能。
【关键词】：锂离子电池 复合隔膜 Al_2O_3/PVDF-HFP 烘干温度 SiO_2/Al_2O_3
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 锂离子电池12-13
• 1.3 锂离子电池隔膜13-17
• 1.3.1 隔膜简介13
• 1.3.2 锂离子电池隔膜的作用和要求13-14
• 1.3.3 锂离子电池隔膜的研究现状14-17
• 1.4 锂离子电池隔膜的研究进展17-18
• 1.4.1 聚烯烃的改性研究17
• 1.4.2 聚合物隔膜的改性研究17-18
• 1.5 本论文的研究意义以及主要研究内容18-20
• 1.5.1 本论文的研究目的及意义18
• 1.5.2 本论文的主要研究内容18-20
• 第2章 实验部分20-28
• 2.1 实验药品和仪器20-21
• 2.2 复合隔膜的制备21-22
• 2.2.1 不同Al_2O_3/PVDF-HFP比例的复合隔膜的制备21-22
• 2.2.2 不同温度下烘干的复合隔膜22
• 2.2.3 SiO_2-Al_2O_3/PVDF-HFP混合涂覆制备复合隔膜22
• 2.3 锂离子电池的制备22-25
• 2.3.1 正极极片的制备22-23
• 2.3.2 负极极片的制备23-24
• 2.3.3 组装2025型扣式电池24-25
• 2.4 测试方法与表征手段25-28
• 2.4.1 基础性能测试25-26
• 2.4.2 电化学性能测试26-28
• 第3章 不同Al_2O_3/PVDF-HFP比例的复合隔膜的制备28-45
• 3.1 复合隔膜的基础理化性能测试28-38
• 3.1.1 隔膜的厚度测试28
• 3.1.2 隔膜的表面形貌测试28-31
• 3.1.3 隔膜的孔径及分布31-34
• 3.1.4 隔膜的透气性及孔隙率34-35
• 3.1.5 隔膜的电解液润湿性测试35-37
• 3.1.6 隔膜的热稳定性37-38
• 3.2 电化学性能测试38-44
• 3.2.1 离子电导率测试38
• 3.2.2 隔膜的电化学稳定窗口38-39
• 3.2.3 电池的自放电性能39-40
• 3.2.4 电池的循环性能40-42
• 3.2.5 电池的倍率性能42-43
• 3.2.6 电池的安全性能43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 不同温度烘干的复合隔膜45-60
• 4.1 隔膜的基本理化性能测试45-54
• 4.1.1 隔膜的厚度45-46
• 4.1.2 隔膜的表面及截面形貌46-47
• 4.1.3 隔膜的孔径及孔径分布47-50
• 4.1.4 隔膜的透气性及孔隙率50-51
• 4.1.5 隔膜的电解液润湿性51-52
• 4.1.6 隔膜的热稳定性52-54
• 4.2 电化学性能测试54-59
• 4.2.1 离子电导率54
• 4.2.2 电化学稳定窗口54-55
• 4.2.3 电池的自放电性能55-56
• 4.2.4 电池的循环性能56-58
• 4.2.5 电池的倍率性能58
• 4.2.6 电池的安全性能58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 SiO_2-Al_2O_3/PVDF-HFP混合涂覆制备复合隔膜60-76
• 5.1 复合隔膜的基础理化性能测试60-70
• 5.1.1 隔膜的厚度60-61
• 5.1.2 复合隔膜的表面和截面形貌61-63
• 5.1.3 隔膜的孔径及孔径分布63-66
• 5.1.4 隔膜的透气性及孔隙率66-67
• 5.1.5 隔膜的电解液润湿性67-69
• 5.1.6 隔膜的离子电导率69
• 5.1.7 隔膜的热稳定性69-70
• 5.2 隔膜的电化学性能70-74
• 5.2.1 电化学稳定窗口70
• 5.2.2 电池的自放电性能70-71
• 5.2.3 电池的循环性能71-73
• 5.2.4 电池的倍率性能73
• 5.2.5 电池的安全性能73-74
• 5.3 本章小结74-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果83-84
• 致谢84

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