含功能基团的聚酰亚胺的设计合成及其作为锂离子电池隔膜的应用研究

发布时间：2022-07-02 11:19

　　锂离子电池与其他可充电电池相比,具有能量密度高、成本低廉、环境友好、尺寸轻巧和使用寿命长等诸多优点并在数码领域中发挥着不可替代的作用。近些年,随着交通运输、航天航空及固定式储能等领域的迅速发展,锂离子电池需要进一步提高能量和功率密度才能更好的满足在这些领域应用。作为锂离子电池的关键组件之一,隔膜对于电池在电化学表现、循环寿命和安全性方面起着至关重要的作用。聚烯烃隔膜凭借着较高的力学性能和化学稳定性成为目前主要商用的锂离子电池隔膜,但是聚烯烃隔膜孔隙率低,对电解液亲和性较差,导致在循环过程中隔膜对电解液持液能力弱,限制着电池在大倍率下的应用。此外,聚烯烃隔膜热稳定性差,高温下的隔膜容易发生热尺寸收缩,引起电池发生短路导致电池爆炸,同样限制着电池在高温下的应用。为了解决上述问题,研究人员对锂离子电池隔膜提出了更高的要求。与聚烯烃隔膜相比,聚酰亚胺（PI）分子结构多样,经电纺制得的PI纳米纤维膜孔隙率高、电解液浸润性高和热稳定性好,是一种理想的新型锂离子电池隔膜材料。本论文通过分子设计和碱解刻蚀的方法,在不额外增加电池隔膜重量和厚度的同时,成功得到表面含有羧基结构的PI纳米纤维膜。使纳米纤维... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 聚酰亚胺
        1.1.1 聚酰亚胺的简介
        1.1.2 聚酰亚胺的合成
        1.1.3 聚酰亚胺的分类
        1.1.4 聚酰亚胺的应用
    1.2 静电纺丝
        1.2.1 静电纺丝的简介
        1.2.2 静电纺丝的装置组成
        1.2.3 静电纺丝的原理
        1.2.4 静电纺丝的影响因素
        1.2.5 静电纺丝的发展历史
        1.2.6 静电纺丝的应用
    1.3 锂离子电池
        1.3.1 锂离子电池简介
        1.3.2 锂离子电池组成
        1.3.3 传统聚烯烃隔膜
        1.3.4 新型无纺布隔膜
    1.4 本课题研究背景及研究意义
    1.5 本课题主要研究内容
    1.6 本课题的创新之处
第二章 实验部分
    2.1 实验原料及设备
    2.2 聚酰胺酸(PAA)纳米纤维膜的制备
    2.3 氨水诱导法制备含羧酸基元的聚酰亚胺纳米纤维膜
    2.4 碱解刻蚀法制备表面羧基化的聚酰亚胺纳米纤维膜
    2.5 实验表征
        2.5.1 SEM形貌表征
        2.5.2 FTIR表征
        2.5.3 力学性能表征
        2.5.4 X射线光电子能谱表征(XPS)
        2.5.5 孔隙率表征
        2.5.6 吸液率表征
        2.5.7 接触角和浸润性表征(CA)
        2.5.8 动态热机械性能表征(DMA)
        2.5.9 热失重测试表征(TGA)
        2.5.10 静态热机械性能表征(TMA)
        2.5.11 热尺寸稳定性表征
        2.5.12 交流阻抗表征(EIS)
        2.5.13 电化学稳定性表征(LSV)
        2.5.14 电池性能表征
第三章 氨水诱导法制备表面含羧酸基元的聚酰亚胺纳米纤维膜
    3.1 纳米纤维膜的物化性能分析
        3.1.1 氨水诱导对纳米纤维膜形貌的影响
        3.1.2 氨水诱导对纳米纤维膜化学结构的影响
        3.1.3 表面基团含量分析
        3.1.4 纳米纤维膜热失重分析
        3.1.5 纳米纤维膜动态热机械性能分析
        3.1.6 纳米纤维膜热尺寸稳定性能分析
        3.1.7 纳米纤维膜力学性能分析
        3.1.8 纳米纤维膜表面浸润性分析
        3.1.9 纳米纤维膜孔结构分析
    3.2 纳米纤维膜作为锂离子电池隔膜的应用研究
        3.2.1 纳米纤维膜的电化学稳定性和离子电导性能分析
        3.2.2 以纳米纤维膜为隔膜的锂离子电池的性能测试
        3.2.3 羧基促进锂离子迁移的作用机理
第四章 碱解刻蚀法制备羧基化聚酰亚胺纳米纤维膜
    4.1 纳米纤维膜的物化性能分析
        4.1.1 碱解时间对纳米纤维膜形貌的影响
        4.1.2 碱解刻蚀对纳米纤维膜化学结构的影响
        4.1.3 表面基团含量分析
        4.1.4 纳米纤维膜热失重分析
        4.1.5 纳米纤维膜动态热机械性能分析
        4.1.6 纳米纤维膜热尺寸稳定性能分析
        4.1.7 纳米纤维膜力学性能分析
        4.1.8 纳米纤维膜表面浸润性分析
        4.1.9 纳米纤维膜孔结构分析
    4.2 纳米纤维膜作为锂离子电池隔膜的应用研究
        4.2.1 纳米纤维膜的电化学稳定性和离子电导性能分析
        4.2.2 以纳米纤维膜为隔膜的锂离子电池的性能测试
第五章 结论
参考文献
致谢
科研成果及发表的学术论文
导师和作者简介
附件



本文编号：3654271