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《哈尔滨理工大学》 2015年
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原位复合SiO_2、TiO_2/EVOH-SO_3Li电纺锂离子电池隔膜的研究

王力  
【摘要】:随着人类赖以生存的化石燃料消耗殆尽以及环境污染的日益加剧,发展清洁无污染的新能源受到人们的普遍关注。锂离子电池作为一种新型环保的二次电池,具有比能量大、自放电率低、安全性能高等优点,成为近年来新型能源技术研究的热点。隔膜作为锂离子电池必不可少的组成部分,其性能的优劣对锂离子电池的内阻、界面结构、离子电导率等有着决定性的影响,进而影响锂离子电池的综合性能。EVOH磺酸锂(EVOH-SO_3Li)作为一种半结晶聚合物,不仅有着优良的阻隔性能,同时具有易加工,亲水性强等特点,可成为电池隔膜的理想材料;高压静电纺丝技术作为制备超细纤维膜的一种理想方法,制得的电纺隔膜具有孔隙率高、吸液性强等优点,能够很好的弥补商业隔膜吸液率差、离子电导率低的缺点;原位生成无机纳米粒子对电纺隔膜进行改性,可以提高其力学性能,同时改善隔膜的热性能及电化学性能等。本文在叔丁醇锂作用下,利用1,3-丙烷磺酸内酯和聚乙烯-乙烯醇(EVOH)合成了EVOH-SO_3Li接枝聚合物;采用原位复合技术在EVOH-SO_3Li溶液中原位生成无机纳米粒子(Si O_2、TiO_2),与EVOH-SO_3Li进行无机复合,电纺制备EVOH-SO_3Li/Si O_2、EVOH-SO_3Li/Ti O_2复合隔膜。借助纳米粒子表面的极性基团与EVOH-SO_3Li分子链上极性基团之间的相互作用来提高隔膜的力学性能,同时改善其热性能及电化学性能。借助红外光谱表征了复合隔膜的化学结构;综合复合隔膜的微观形貌、孔隙率与吸液率、化学稳定性和力学性能的测试结果,分析了原位Si O_2、TiO_2的加入对各个性能的影响,并确定了原位Si O_2和Ti O_2的最佳含量分别为3 wt%和2 wt%,此配比的复合隔膜拉伸强度达到最大,分别为2.36 MPa和2.19 MPa。对最佳配比的复合隔膜及对比样EVOH-SO_3Li隔膜和商业隔膜(PP)的热性能与电化学性能进行测试,分析原位Si O_2、Ti O_2的加入对复合隔膜热性能及电化学性能的影响。结果表明:复合隔膜的热性能得到了提高,其中熔点提高15~20℃;EVOH-SO_3Li/Si O_2、EVOH-SO_3Li/Ti O_2复合隔膜的电化学稳定性良好,电化学稳定窗口分别为4.7 V和4.5 V,满足商业隔膜的要求;离子电导率分别为1.27×10-3 S/cm、0.43×10-3 S/cm,较EVOH-SO_3Li隔膜的离子电导率(0.16×10-3 S/cm)有不同程度的提高,优于商业隔膜的离子电导率(0.99×10-4 S/cm);复合隔膜的锂离子迁移数始终保持在0.70以上,原位SiO_2、TiO_2对其影响不大,相比商业隔膜(0.50)更接近理想状态下的锂离子迁移数1。实验证实,采用静电纺丝技术制备的EVOH-SO_3Li/Si O_2、EVOHSO_3Li/TiO_2复合隔膜的部分性能较商业电池隔膜具有明显的优势,原位SiO_2、TiO_2在提高隔膜基本性能的同时,也改善了其部分电化学性能。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM912;TQ340.64

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