收藏本站
《广东工业大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锂离子电池隔膜的制备与改性研究

廖海洋  
【摘要】:锂离子电池技术正以惊人的速度蓬勃发展中,以其高容量、高寿命、无记忆等优点,目前已经成为电子产品应用最为广泛的能源器件之一,甚至有望成为纯电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)等其他大功率器械的主要动力能源。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其性能的优劣将会很大程度的影响着电池性能的好坏,这也一直是限制锂离子电池进一步突破的瓶颈。聚烯烃材料隔膜其电化学稳定性好、机械性能优异、价格低廉等优点一直以来占据着工业上锂离子电池隔膜行业的市场主体,但是由于聚烯烃材料在结构上表现疏水性,形貌上表现孔隙率低导致锂离子电池电化学性能低下,工艺上聚烯烃材料隔膜经拉伸取向而来在高温下分子链发生解取向造成收缩不均匀,加之材料上本身耐热性能差严重影响了锂离子电池的高温安全性能。为了解决上述亲水性和耐热性两大核心问题,本文通过新材料和新方法制备出一系列具有优异性能的多孔隔膜或改性隔膜。深入探究了形貌结构对亲水性的关系,亲水性对锂离子反应动力学的影响,和耐热性对锂离子安全性的作用,具体成果如下:针对商业聚烯烃隔膜孔隙率低以及孔径小等缺陷,本文通过热致相分离法制备出高密度聚乙烯(HDPE)多孔膜,并且为了优化HDPE的疏水性,填充了甲基纤维素(MC)制备出HDPE/MC共混多孔膜并作为锂离子电池隔膜。MC的填充不仅使HDPE在相分离过程中浊点(Tcloud)温度升高,造就了大孔径多孔形貌(2μm),展现出高孔隙率(67%),而且表面出现多孔结构消除了致密层,有利于电解液的渗透和离子通过。基于优异的结构其结果为共混膜作为锂离子电池隔膜表现出良好的离子电导率和高效率的锂离子迁移率(t+),带有大量羟基(-OH)官能团的MC具有限制PF6-阴根离子的穿梭,使得共混隔膜展现出优异的电化学性能和长久的电化学循环性。针对聚烯烃隔膜离子电导率低下的缺陷,本文利用羟乙基纤维素(HEC)/液体石蜡油(LP)乳液通过冰结晶诱导自组装法制备出多孔HEC气凝胶涂层来改性商业PP隔膜。在低温下冰晶体的有序生长,HEC在冰晶体夹缝间生长堆积,随后通过萃取掉LP液滴,HEC气凝胶表现出高度取向的纤维状多孔结构,这种多孔结构为电解液提供了大量的位点使电解液吸液率达到800%,超高吸液率有助于锂离子传输,使得改性隔膜展现出优异的离子电导率(2.03 mS/cm),进而使得改性隔膜拥有良好的电化学性能和循环稳定性。不仅如此,没有软化温度的HEC同时提高了商业PP隔膜的热尺寸稳定性。针对聚烯烃隔膜耐热尺寸稳定性差的缺陷,本文通过利用阴离子开环聚合制备出超支化聚醚多元醇(HBPE)并成功接枝于氧化石墨烯表面(GO-g-HBPE),以聚苯乙烯(PS)为硬模板通过抽滤GO-g-HBPE/PS溶液,随后将PS模板溶解制备出氧化石墨烯基多孔膜。GO作为多孔膜的基体具有良好的成膜性,而HBPE中含有大量的醚键提高了多孔膜的亲液性(158%)。经过接枝HBPE后,GO中的热不稳定官能团分解,GO-g-H]BPE多孔膜作为锂离子电池隔膜表现出优异的热稳定性,在200℃下热处理5 min没有出现任何尺寸变形。除此以外隔膜还展现出良好的电化学性能。针对聚烯烃隔膜热失控安全性能差的缺陷,本文利用乳液聚合物的方法在乙烯基化的氧化硅(MPS-SiO2)表面包覆一层聚苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(PS-co-PBA)得到具有双功能的核壳SiO2纳米颗粒(PS-co-PBA@SiO2)并涂敷在商业PP隔膜作为改性涂层。壳层聚合物高于玻璃转变点温度(Tg)时自身会发生自粘连将紧密堆砌纳米颗粒粘接一起形成致密层,阻止锂离子通过,防止热失控,而核层SiO2纳米颗粒可以限制隔膜在高温下的热收缩,保证隔膜在高温下的完整性,并且此涂层对隔膜原有的电化学性能没有任何影响。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张梦龙;何几文;田欢;魏昊;赵卓;;废旧锂离子电池中有价金属的回收研究进展[J];化学工业与工程;年期
2 姜媛媛;曾文文;沈静静;楚军;;基于凸优化——寿命参数退化机理模型的锂离子电池剩余寿命预测[J];电力系统及其自动化学报;年期
3 费有静;;锂离子电池材料回收技术探索[J];新材料产业;2018年06期
4 周会会;宋鹏;苏文彬;;锂离子电池火灾的灭火技战术研究[J];武警学院学报;2017年12期
5 ;全球首部《锂离子电池企业安全生产规范》发布[J];中国有色金属;2018年03期
6 黄贇;;锂离子电池的安全性研究及影响因素分析[J];当代化工研究;2018年03期
7 李镇;;锂离子电池安全相关因素分析[J];电子世界;2018年12期
8 ;合肥研究院等研制出高容量长寿命三维石墨烯锂离子电池材料[J];人工晶体学报;2016年10期
9 吴妍;;锂离子电池综合标准化技术体系印发[J];福建轻纺;2016年12期
10 严康;郭学益;田庆华;李栋;;中国锂离子电池系统钴代谢分析[J];中南大学学报(自然科学版);2017年01期
11 W.ZQ;;华为中央研究院锂离子电池研究获重大突破[J];军民两用技术与产品;2017年01期
12 ;华为推出高温长寿命石墨烯基锂离子电池[J];中国自行车;2017年01期
13 张笑笑;王鸯鸯;刘媛;吴锋;李丽;陈人杰;;废旧锂离子电池回收处理技术与资源化再生技术进展[J];化工进展;2016年12期
14 ;我国学者研发出高性能锰基锂离子电池材料[J];功能材料信息;2016年02期
15 姜梦飞;;半自动方形锂离子电池卷绕机的设计研究[J];产业与科技论坛;2016年24期
16 田素男;;锂离子电池设计中的量子化学应用[J];中国科技信息;2017年05期
17 ;《锂离子电池原理与关键技术》[J];电源技术;2017年03期
18 ;陶瓷纳米纤维:铺就锂离子电池传导高速路[J];浙江化工;2017年04期
19 齐婷;陈家锋;李佳;许振明;;废旧锂离子电池电极材料中钴的无氧焙烧回收[J];有色金属(冶炼部分);2017年05期
20 钱伯章;;陶瓷纳米纤维提升锂离子电池性能[J];合成纤维工业;2017年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周恒辉;祁丽亚;信跃龙;杨程凯;吴恺;;构建自支撑柔性高能密度锂离子电池电极[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
2 孙维祎;于川茗;梁静;陶占良;陈军;;花状二硫化钼的制备及锂离子电池性能的研究[A];第七届全国物理无机化学学术会议论文集[C];2016年
3 余小清;陈国喜;邹嘉林;陈东云;王宣懿;;基于ANSYS的18650锂离子电池单体稳态热分析[A];2017年中国汽车先进技术应用大会论文集(《汽车实用技术》2017年第7期)[C];2017年
4 安宇鹏;张喆;常潇然;姜涛;荣常如;陈慧明;;动力锂离子电池单体耐振动性研究[A];2013中国汽车工程学会年会论文集[C];2013年
5 李林;殷秀楠;周建军;;锂离子电池隔膜中纳米通道的离子输运研究[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题H 能源高分子[C];2015年
6 王程鹏;马增胜;周益春;;锂离子电池高容量电极材料的破坏预测[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
7 王海燕;;水系锂离子电池研究新进展[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
8 余仲宝;;高功率锂离子电池的研制[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
9 陈军;;锂离子电池若干无机与有机电极材料微纳化[A];中国化学会第十七次全国电化学大会大会报告[C];2013年
10 刘震;;动力锂离子电池成组技术与测试评价[A];第31届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 叶秋;我国磷酸钒锂/石墨锂离子电池制备技术达国际先进水平[N];中国有色金属报;2016年
2 本报记者 赵凤莉 通讯员 刘朝辉;石墨市场拓展新兴领域正当时[N];中国化工报;2013年
3 记者 李琮;高端锂电隔膜制造难题攻克[N];中国化工报;2014年
4 本报记者 李闻芝;隔膜业勿“跑马圈地”扎堆低端[N];中国化工报;2014年
5 记者 李闻芝;首个锂电隔膜国标明年出台[N];中国化工报;2013年
6 钱桂敬 中国轻工业联合会副会长 中国塑料加工工业协会理事长;实现隔膜产业链协同发展[N];中国化工报;2015年
7 邵宏;投资锂化学品仍须谨慎[N];中国化工报;2015年
8 记者 王琼杰;锂离子电池有望取得新突破[N];中国矿业报;2017年
9 李讯;全球首部《锂离子电池企业安全生产规范》标准发布[N];中国有色金属报;2018年
10 本报记者 崔小粟;符合锂离子电池行业规范条件第二批企业名单公布[N];中国证券报;2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 秦国辉;磷酸铁锂正极材料的制备及其在锂离子电池中的应用[D];天津大学;2017年
2 窦鹏;锂离子电池锡基负极的微结构设计与稳定性研究[D];天津大学;2017年
3 廖海洋;锂离子电池隔膜的制备与改性研究[D];广东工业大学;2018年
4 Muhammad Usman Hameed;[D];北京化工大学;2017年
5 嘉明珍;锂离子电池硅酸类及富锂类正极材料的理论研究[D];西南交通大学;2017年
6 陈大分;动力锂离子电池系统热管理研究[D];北京交通大学;2017年
7 郑方丹;基于数据驱动的多时间尺度锂离子电池状态评估技术研究[D];北京交通大学;2017年
8 崔霞;锰、铜氧化物/碳纳米管复合物的设计、制备及其在锂离子电池中的应用[D];东南大学;2017年
9 陈明毅;常压和低压下锂原电池、锂离子电池火灾行为研究[D];中国科学技术大学;2017年
10 魏英进;锂离子电池锰基正极材料的合成与表征[D];吉林大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王智胜;超声喷雾技术在锂离子电池制备中的应用[D];福建师范大学;2017年
2 曹柳飞;锂(钠)钒氧化合物的制备及其锂离子电池性能研究[D];湖南大学;2017年
3 周遨;可拉伸锂离子电池的电极制备与性能研究[D];浙江大学;2017年
4 邢红霞;高性能锂离子电池正极材料的合成及性能研究[D];大连工业大学;2017年
5 吴燕;插电式混合动力汽车锂离子电池SOC估算方法研究[D];湖南大学;2017年
6 王忠一;高性能锂离子电池电极材料的合成及性能研究[D];大连工业大学;2017年
7 邹舜章;压力对软包锂离子电池性能的影响及对策研究[D];湖南大学;2017年
8 孙春雨;杂多酸复合材料的制备及其在锂离子电池中研究[D];扬州大学;2017年
9 赵少博;钛基材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究[D];昆明理工大学;2017年
10 王亚洲;锂离子电池用金属氧化物/碳复合负极材料的研究[D];青岛科技大学;2017年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978