锂二次电池用水基黏结剂的研究
发布时间：2021-08-03 06:17
硅和硫来源广泛且理论比容量高,有望成为下一代商用锂二次电池的电极材料,但是目前这些材料因存在一些问题,所以尚未大规模商业化。如硅作为负极材料时,嵌锂过程中产生高于300%的体积膨胀率,造成硅颗粒粉化和脱落等问题,降低了电极的比容量。硫作为正极材料时,脱嵌锂过程中多硫化锂的穿梭效应、较低的锂离子扩散速率和较大的体积变化等造成较低的容量和循环性能。黏结剂在锂二次电池中用量虽少,但是作为电极的重要组成部分,对电极的电化学性能影响极大。理想的黏结剂可有效改善电池的性能,特别是循环稳定性。传统聚偏氟乙烯（PVDF）与活性物质间的作用力弱,作为高比容量电极材料的黏结剂时,电极无法获得满意的电化学性能,且PVDF使用大量挥发性的有毒有机溶剂。为了克服上述问题,并提高锂二次电池的电化学性能,本论文制备了一系列锂二次电池用水基黏结剂。主要内容和结果如下:1.聚丙烯酸（PAA）与乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）复合制得一种成本低,环境友好的新型黏结剂（PAA/EVA）。该黏结剂中,羧酸基团提高了黏结剂的黏结性,EVA提高了黏结剂的柔韧性。此外EVA胶粒内部可存储电解液,提高了极片的吸液率,进而提高了极片的离子...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
拴绳模型示意图[24]
⒗砺踇29]认为在分子热运动的作用下，长链分子在黏结剂和被黏物质间运动，如果黏结剂可以溶解或溶胀被黏物质，则黏结剂与被黏物质会相互扩散到对方内部，然后交织起来。这种理论只适应于与黏结剂相容的被黏物质。（6）极性理论认为极性被黏物质需要极性黏结剂，非极性被黏物质需要非极性黏结剂。（7）弱界面理论[30]认为物体表面均存在使黏结强度降低的弱边界层，所以需要除去弱界面层才能增强黏结剂与被黏物质间的作用力。（8）配位键理论[31]认为黏结剂与被黏物质在黏结界面上分别提供电子对和空轨道，形成配位键。图1.2黏结机理示意图：（a）制备电极时黏结剂的扩散与渗透过程；（b）干燥过程中机械结合过程；（c）界面层黏合力形成过程[32]Fig1.2Schematicsofthebindingmechanism:(a)diffusion/penetratingprocessduringthepreparationofelectrode;(b)formationofmachanicalinterlockingduringthedryingprocess;(c)interfacialbonding[32].以上黏结机理均不全面，事实上，黏结剂与被黏物质间可能同时存在上述几种黏结理论。不同的黏结剂与不同的被黏物质间黏结机理不同。锂二次电池中活性物质通常为粉末或颗粒状，炭黑等导电添加剂也为粉末。电极的制备方法通常是将活性物质和导电剂粉末均匀分散到黏结剂中，然后涂布到集流体，最后干燥。黏结剂将活性物质和导电剂固定在集流体上。由于活性物质表面通常凹凸不平或
浙江大学博士学位论文8图1.3CMC黏结剂对硅颗粒的黏结机理[36]Fig.1.3MechanismoftheCMCbinderwithSinanoparticles[36].图1.4Alg-C和PAA-C的化学结构式[40]Fig.1.4ThestructureofAlg-CandPAA-C[40].（b）链结构聚合物链结构也影响聚合物的物性。聚合物按链结构形态分为线型结构和体型结构。线型结构聚合物如PAA、CMC和SA对活性物质的黏结性好[53-55]。PAA黏结剂制备的纳米硅负极在0.5C的条件下循环100圈，平均每圈比容量损失率不到0.2%。SA黏结剂制备的纳米硅负极，在4200mAg1的电流密度下循环100圈，比容量为1700~2000mAhg1[55]。然而线型结构的分子链间易于滑动，受力后易发生永久变形，导致活性物质团聚，降低极片的比容量。而体型聚合物即交联聚合物，分子链不易滑动，变形后易于回复到原状，因此交联聚合物具有更强
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素的改性及应用研究进展[J]. 罗成成,王晖,陈勇. 化工进展. 2015(03)
[2]海藻酸盐凝胶化及其在软骨组织工程和药物控释领域的应用[J]. 鲁路,刘新星,童真. 高分子学报. 2010(12)
[3]无卤阻燃EVA电缆专用料的配方优化[J]. 夏英,胡林燕,刘长胜,李姿潼,蹇锡高. 塑料工业. 2009(11)
[4]EVA热熔胶对金属与塑料粘结性能的研究[J]. 刘文胜. 弹性体. 2009(01)
[5]EVA乳液生产工艺与市场分析[J]. 陈兆岩,邹左英,郭亚东. 辽宁化工. 2008(06)
[6]羧甲基纤维素钠在食品工业中的应用研究[J]. 谢丽源,甘炳成. 农产品加工(学刊). 2007(01)
[7]羧甲基纤维素钠的应用进展[J]. 牛生洋,郝峰鸽. 安徽农业科学. 2006(15)
[8]羧甲基纤维素钠（CMC）在食品工业应用的情况和研究动态[J]. 张丽平,余晓琴. 中国食品添加剂. 2006(01)
[9]国内外VAE乳液的发展状况[J]. 刘红卫,袁万明. 中国胶粘剂. 2005(02)
[10]环糊精在电化学中的应用[J]. 项生昌. 大学化学. 2000(06)
硕士论文
[1]新型聚合物电解质在高比能量锂电池中的应用及研究[D]. 赵江辉.青岛科技大学 2016
本文编号：3319108
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
拴绳模型示意图[24]
⒗砺踇29]认为在分子热运动的作用下，长链分子在黏结剂和被黏物质间运动，如果黏结剂可以溶解或溶胀被黏物质，则黏结剂与被黏物质会相互扩散到对方内部，然后交织起来。这种理论只适应于与黏结剂相容的被黏物质。（6）极性理论认为极性被黏物质需要极性黏结剂，非极性被黏物质需要非极性黏结剂。（7）弱界面理论[30]认为物体表面均存在使黏结强度降低的弱边界层，所以需要除去弱界面层才能增强黏结剂与被黏物质间的作用力。（8）配位键理论[31]认为黏结剂与被黏物质在黏结界面上分别提供电子对和空轨道，形成配位键。图1.2黏结机理示意图：（a）制备电极时黏结剂的扩散与渗透过程；（b）干燥过程中机械结合过程；（c）界面层黏合力形成过程[32]Fig1.2Schematicsofthebindingmechanism:(a)diffusion/penetratingprocessduringthepreparationofelectrode;(b)formationofmachanicalinterlockingduringthedryingprocess;(c)interfacialbonding[32].以上黏结机理均不全面，事实上，黏结剂与被黏物质间可能同时存在上述几种黏结理论。不同的黏结剂与不同的被黏物质间黏结机理不同。锂二次电池中活性物质通常为粉末或颗粒状，炭黑等导电添加剂也为粉末。电极的制备方法通常是将活性物质和导电剂粉末均匀分散到黏结剂中，然后涂布到集流体，最后干燥。黏结剂将活性物质和导电剂固定在集流体上。由于活性物质表面通常凹凸不平或
浙江大学博士学位论文8图1.3CMC黏结剂对硅颗粒的黏结机理[36]Fig.1.3MechanismoftheCMCbinderwithSinanoparticles[36].图1.4Alg-C和PAA-C的化学结构式[40]Fig.1.4ThestructureofAlg-CandPAA-C[40].（b）链结构聚合物链结构也影响聚合物的物性。聚合物按链结构形态分为线型结构和体型结构。线型结构聚合物如PAA、CMC和SA对活性物质的黏结性好[53-55]。PAA黏结剂制备的纳米硅负极在0.5C的条件下循环100圈，平均每圈比容量损失率不到0.2%。SA黏结剂制备的纳米硅负极，在4200mAg1的电流密度下循环100圈，比容量为1700~2000mAhg1[55]。然而线型结构的分子链间易于滑动，受力后易发生永久变形，导致活性物质团聚，降低极片的比容量。而体型聚合物即交联聚合物，分子链不易滑动，变形后易于回复到原状，因此交联聚合物具有更强
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素的改性及应用研究进展[J]. 罗成成,王晖,陈勇. 化工进展. 2015(03)
[2]海藻酸盐凝胶化及其在软骨组织工程和药物控释领域的应用[J]. 鲁路,刘新星,童真. 高分子学报. 2010(12)
[3]无卤阻燃EVA电缆专用料的配方优化[J]. 夏英,胡林燕,刘长胜,李姿潼,蹇锡高. 塑料工业. 2009(11)
[4]EVA热熔胶对金属与塑料粘结性能的研究[J]. 刘文胜. 弹性体. 2009(01)
[5]EVA乳液生产工艺与市场分析[J]. 陈兆岩,邹左英,郭亚东. 辽宁化工. 2008(06)
[6]羧甲基纤维素钠在食品工业中的应用研究[J]. 谢丽源,甘炳成. 农产品加工(学刊). 2007(01)
[7]羧甲基纤维素钠的应用进展[J]. 牛生洋,郝峰鸽. 安徽农业科学. 2006(15)
[8]羧甲基纤维素钠（CMC）在食品工业应用的情况和研究动态[J]. 张丽平,余晓琴. 中国食品添加剂. 2006(01)
[9]国内外VAE乳液的发展状况[J]. 刘红卫,袁万明. 中国胶粘剂. 2005(02)
[10]环糊精在电化学中的应用[J]. 项生昌. 大学化学. 2000(06)
硕士论文
[1]新型聚合物电解质在高比能量锂电池中的应用及研究[D]. 赵江辉.青岛科技大学 2016
本文编号：3319108
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