EVOH-Li/TPU锂离子电池隔膜的制备与性能研究
发布时间：2021-08-24 01:21
随着环保观念逐渐深入人心,新能源锂离子电池作为清洁绿色能源备受研究人员重视,同时作为手机、笔记本、新能源汽车等设备的动力来源,安全、续航能力、倍率充放电能力都受到人们关注。隔膜作为锂离子电池的关键部件,它的各种性能也同样需要提高,需要具备安全性能好、电化学性能优异等特点。本文主要以聚乙烯乙烯醇锂（EVOH-Li）和热塑性聚氨酯（TPU）为原料,运用混纺和共纺两种高压静电纺丝方法,制备锂离子电池复合隔膜,随后表征其化学结构、微观形貌,测试其热稳定性、孔隙率、吸液率、力学性能及电化学性能等。主要工作如下:首先,制备离子型聚合物EVOH-Li,随后将EVOH-Li和TPU以混纺的方法制备成锂离子电池隔膜,即将两2种聚合物以一定比例混合制备成纺丝液,然后纺制成隔膜。随后对其进行测试,得出EVOH-Li和TPU质量比为3﹕1,浓度为30%时,无纺布三维网状结构形貌最好,且综合性能最佳,其中,120℃热处理2 h后宏观尺寸无明显变化,断裂应力为5.46 MPa,断裂伸长率为61.19%,孔隙率为81%,吸液率为306%,离子电导率为5.42×10-4S/cm,界面阻抗约为43...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的基本构造及原理图
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文-4-图1-2静电纺丝原理图Fig.1-2Electrospinningdeviceandprinciple1.3.2静电纺丝无纺布结构的影响因素静电纺丝无纺布是微纳米级纤维丝互相交错而成，因此纤维丝直径的大孝纤维丝取向、孔径大小及分布是影响无纺布的主要因素。而溶液静电纺丝中，影响隔膜形貌结构的工艺参数主要有聚合物参数、溶液参数、溶剂参数和控制参数等[23,24]。其中聚合物参数主要包括聚合物种类，聚合物相对分子质量，聚合物溶解性等。溶液参数主要包括溶液黏度，溶液表面张力，导电性等。溶剂参数主要包括挥发性，蒸汽压，沸点，电导率，表面张力等。控制参数主要包括电压，流速，喷丝头与极板之间的距离，温度及湿度等。由此可见静电纺丝所涉及到的各种工艺参数对不同聚合物纤维直径和微观形貌的影响都存在一个最佳值，同时在静电纺丝制备过程中可通过对不同工艺参数的调整，制备出纤维直径、孔隙结构以及膈膜厚度符合要求的无纺布。1.4静电纺丝制备锂离子电池隔膜随着大规模电能存储和高性能电动汽车需求的增长，能量密度和功率密度对锂离子电池越来越重要。纳米结构的电池隔膜具有高的表面体积比，高的孔隙率和短的离子扩散距离，这些优点使离子传输效率，电池容量和能量密度都会有所增加[25]。静电纺丝是一种简单且工业可行的技术，可用于生产具有可控纳米结构的纳米纤维，例如核-壳结构，中空结构和多通道结构等。
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文-16-图3-1不同配比EVOH-Li/TPU混纺膜的红外光谱图Fig.3-1FTIRspectraofEVOHLi/TPUmixed-spinningseparatorswithdifferentratio3.2微观形貌质量比不同的两种聚合物直接影响了隔膜的形貌特征和各种性能。本节对不同配比的混纺液进行纺丝，分析讨论了不同配比对纳米纤维隔膜的结构和微观形貌影响。静电纺丝工艺参数固定设置为电压22.5kV，喷头到滚筒之间的接收距离为18cm，推进速度为1.25ml/h，滚筒收集速度为200r/min，纺丝时间为3h。图3-2为不同配比EVOH-Li/TPU混纺膜的SEM图。图（a）为EVOH-Li/TPU质量比1﹕1的隔膜微观形貌图，由图可以看出隔膜中纤维丝的直径为0.2~1.5μm，纤维直径范围较宽，并且纤维丝之间溶并现象较多，出现这一现象的原因是在纺丝过程中溶剂挥发不完全，纤维丝到收集滚筒上依然有部分溶剂未挥发，溶解了成型的纤维丝，出现纤维丝粘连在一起的情况。由图还可以看出隔膜的孔隙较大且不均匀，这将会导致隔膜中电解液分布不均匀，致使电化学性能变差。图（b）为EVOH-Li/TPU质量比2﹕1的隔膜微观形貌图，由图可以看出隔膜中纤维丝的直径为0.2~1.0μm，与质量比为1﹕1的隔膜相比，纤维直径范围变窄，溶并现象减少，隔膜中孔隙变小且变得较为均匀，更适合吸收电解液来保证较好的电化学性能。图（c）为EVOH-Li/TPU质量比3﹕1的隔膜微观形貌图，由图可以看出隔
本文编号：3358986
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的基本构造及原理图
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文-4-图1-2静电纺丝原理图Fig.1-2Electrospinningdeviceandprinciple1.3.2静电纺丝无纺布结构的影响因素静电纺丝无纺布是微纳米级纤维丝互相交错而成，因此纤维丝直径的大孝纤维丝取向、孔径大小及分布是影响无纺布的主要因素。而溶液静电纺丝中，影响隔膜形貌结构的工艺参数主要有聚合物参数、溶液参数、溶剂参数和控制参数等[23,24]。其中聚合物参数主要包括聚合物种类，聚合物相对分子质量，聚合物溶解性等。溶液参数主要包括溶液黏度，溶液表面张力，导电性等。溶剂参数主要包括挥发性，蒸汽压，沸点，电导率，表面张力等。控制参数主要包括电压，流速，喷丝头与极板之间的距离，温度及湿度等。由此可见静电纺丝所涉及到的各种工艺参数对不同聚合物纤维直径和微观形貌的影响都存在一个最佳值，同时在静电纺丝制备过程中可通过对不同工艺参数的调整，制备出纤维直径、孔隙结构以及膈膜厚度符合要求的无纺布。1.4静电纺丝制备锂离子电池隔膜随着大规模电能存储和高性能电动汽车需求的增长，能量密度和功率密度对锂离子电池越来越重要。纳米结构的电池隔膜具有高的表面体积比，高的孔隙率和短的离子扩散距离，这些优点使离子传输效率，电池容量和能量密度都会有所增加[25]。静电纺丝是一种简单且工业可行的技术，可用于生产具有可控纳米结构的纳米纤维，例如核-壳结构，中空结构和多通道结构等。
哈尔滨理工大学理学硕士学位论文-16-图3-1不同配比EVOH-Li/TPU混纺膜的红外光谱图Fig.3-1FTIRspectraofEVOHLi/TPUmixed-spinningseparatorswithdifferentratio3.2微观形貌质量比不同的两种聚合物直接影响了隔膜的形貌特征和各种性能。本节对不同配比的混纺液进行纺丝，分析讨论了不同配比对纳米纤维隔膜的结构和微观形貌影响。静电纺丝工艺参数固定设置为电压22.5kV，喷头到滚筒之间的接收距离为18cm，推进速度为1.25ml/h，滚筒收集速度为200r/min，纺丝时间为3h。图3-2为不同配比EVOH-Li/TPU混纺膜的SEM图。图（a）为EVOH-Li/TPU质量比1﹕1的隔膜微观形貌图，由图可以看出隔膜中纤维丝的直径为0.2~1.5μm，纤维直径范围较宽，并且纤维丝之间溶并现象较多，出现这一现象的原因是在纺丝过程中溶剂挥发不完全，纤维丝到收集滚筒上依然有部分溶剂未挥发，溶解了成型的纤维丝，出现纤维丝粘连在一起的情况。由图还可以看出隔膜的孔隙较大且不均匀，这将会导致隔膜中电解液分布不均匀，致使电化学性能变差。图（b）为EVOH-Li/TPU质量比2﹕1的隔膜微观形貌图，由图可以看出隔膜中纤维丝的直径为0.2~1.0μm，与质量比为1﹕1的隔膜相比，纤维直径范围变窄，溶并现象减少，隔膜中孔隙变小且变得较为均匀，更适合吸收电解液来保证较好的电化学性能。图（c）为EVOH-Li/TPU质量比3﹕1的隔膜微观形貌图，由图可以看出隔
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