本文關(guān)鍵詞：PET無紡布型動力鋰電池隔膜的制備

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【摘要】：PET無紡布具有三維孔結(jié)構(gòu),不僅能有效吸收電解液,還能避免鋰枝晶的刺穿,且強度較好,是動力鋰電池隔膜的理想材料,但PET無紡布的纖維直徑比較大,隔膜的孔徑大且不均勻,此外PET無紡布的強度雖然較高但是仍不能滿足鋰電池隔膜的要求,為了解決這些弊端,本文通過兩種方法對PET無紡布進行了改性:第一,涂覆PAN-MA樹脂,結(jié)合PAN高離子電導(dǎo)率以及PET無紡布良好的耐熱性和力學(xué)強度。第二,浸涂核殼粒子,形成孔隙率高、熱穩(wěn)定性好、拉伸強度高、離子電導(dǎo)率高等綜合性能優(yōu)異的鋰電池隔膜,然后用PVdF-HFP進行封裝,形成具有閉孔功能的三明治結(jié)構(gòu)隔膜。本文的主要研究如下:(1)通過倒相法制備了(PAN-MA)-PET復(fù)合鋰電池多孔隔膜,其離子電導(dǎo)率達2.14 mS/cm。PAN-MA涂膜液中加入了PEGDMA以提高隔膜的耐化學(xué)腐蝕性,涂膜之后PEGDMA通過高溫引發(fā)的方式直接交聯(lián)聚合,沒有引發(fā)劑殘留。通過紅外、阻抗、電鏡等研究了PEGDMA作為交聯(lián)劑的最佳添加量和最佳焙烘時間、PEGDMA對隔膜離子電導(dǎo)率、厚度、孔隙率、耐化學(xué)腐蝕性、以及拉伸強度等性能的影響:PEGDMA的加入主要起到了三個作用,第一,影響相分離的速度,使孔隙率發(fā)生變化;第二,浸潤電解液后保持多孔的結(jié)構(gòu);第三,通過交聯(lián)減小結(jié)晶度,促進鋰離子的遷移。PEGDMA-320對隔膜綜合性能的提高優(yōu)于PEGDMA-550,PEGDMA-320與水的相容性差,促進了相分離過程,有助于提高隔膜的孔隙率,而PEGDMA-550則延緩了PAN-MA與水的相分離過程,因此孔隙率反而比沒有添加PEDMA-550的隔膜的孔隙率高。兩者都可以通過交聯(lián)提高隔膜的耐化學(xué)腐蝕性,保持隔膜的多孔結(jié)構(gòu);交聯(lián)之前PEGDMA促進結(jié)晶,使隔膜結(jié)構(gòu)更致密,交聯(lián)后隔膜的結(jié)晶度降低,隔膜的離子電導(dǎo)率提高。(2)對核殼粒子制備進行系統(tǒng)研究,對氣相二氧化硅進行γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)接枝,反應(yīng)以甲醇為溶劑,結(jié)果顯示:反應(yīng)溫度的提高可以加速接枝的過程,反應(yīng)溫度提高到70℃,反應(yīng)時間可以減少至5h。接枝PMMA采用乳液聚合,KH570占二氧化硅的比重為4.6%,核殼粒子提高了PMMA的熱穩(wěn)定性,TG顯示核殼粒子的高溫?zé)岱纸鉁囟缺燃働MMA提高了10℃。為簡化核殼粒子的制備過程,減小制備的成本,研究了以TMPTA、PEGDMA-320為核,以PMMA為殼的核殼粒子的制備方法,TMPTA-PMMA核殼粒子的懸浮液比PEGDMA-PMMA核殼粒子的懸浮液更均勻。(3)通過核殼粒子和PVdF-HFP改性PET無紡布制備了綜合性能優(yōu)異的動力鋰電池隔膜。用核殼粒子進行第一次改性,核殼粒子不僅能形成高孔隙、三維孔結(jié)構(gòu),還能為PVdF-HFP提供一個粗糙的表面,增強粘附力、提高隔膜的穩(wěn)定性和力學(xué)性能;微量PEGDMA-320的加入可以增強核殼粒子與無紡布的粘合,進一步提高隔膜的力學(xué)強度。PVdF-HFP的封裝完善了隔膜的高溫閉孔功能,所得到的隔膜具有離子電導(dǎo)率高(0.94mS/cm)、孔隙率高(49.3%)、160℃不收縮、力學(xué)強度達標(43.5MPa)、厚度小(24μm)、成本低等優(yōu)異的綜合性能。TMPTA-PMMA核殼粒子改性隔膜的離子電導(dǎo)率為0.62mS/cm優(yōu)于同等孔隙率二氧化硅-PMMA核殼粒子改性的隔膜的離子電導(dǎo)率,但是因為孔隙率不能進一步提高,因此離子電導(dǎo)率差于二氧化硅與PMMA質(zhì)量比為1:3的核殼粒子改性的隔膜的離子電導(dǎo)率。
【關(guān)鍵詞】：動力鋰電池隔膜 PET無紡布隔膜 PEGDMA 核殼粒子 高溫閉孔
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰電池隔膜概述13-16
• 1.2.1 鋰電池隔膜的作用機理14
• 1.2.2 鋰電池隔膜的主要性能14-16
• 1.3 鋰電池隔膜的種類16-20
• 1.3.1 干法拉伸法鋰電池隔膜16-17
• 1.3.2 熱致相分離法（TIPS）鋰電池隔膜17-18
• 1.3.3 非溶劑相分離法鋰電池隔膜18-19
• 1.3.4 靜電紡絲法鋰電池隔膜19-20
• 1.4 動力鋰電池隔膜的研究現(xiàn)狀20-28
• 1.4.1 改性聚烯烴膜法22-24
• 1.4.2 靜電紡絲24
• 1.4.3 無紡布改性法24-28
• 1.5 本論文的研究目的、意義及創(chuàng)新點28-30
• 1.5.1 本文研究的意義和內(nèi)容28-29
• 1.5.2 本論文課題的主要創(chuàng)新點29-30
• 第二章 PAN-MA改性PET無紡布制備動力鋰電池隔膜30-49
• 2.1 引言30-31
• 2.2 實驗部分31-36
• 2.2.1 實驗藥品31
• 2.2.2 實驗儀器及設(shè)備31-32
• 2.2.3 PAN改性PET無紡布制備動力鋰電池隔膜32-33
• 2.2.4 表征與測試33-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-48
• 2.3.1 焙烘溫度的選擇36-37
• 2.3.2 焙烘時間對PEGDMA交聯(lián)反應(yīng)的影響37-39
• 2.3.3 PEGDMA的添加量對離子電導(dǎo)率的影響39-40
• 2.3.4 PEGDMA的作用機理40-42
• 2.3.5 PEGDMA添加量對復(fù)合隔膜厚度的影響42-43
• 2.3.6 復(fù)合隔膜的孔隙率43-44
• 2.3.7 復(fù)合隔膜的形貌44-46
• 2.3.8 復(fù)合隔膜的潤濕性46
• 2.3.9 復(fù)合隔膜的熱穩(wěn)定性46-47
• 2.3.10 復(fù)合隔膜的拉伸強度47-48
• 2.4 小結(jié)48-49
• 第三章 核殼粒子的制備49-61
• 3.1 引言49-50
• 3.2 實驗部分50-55
• 3.2.1 實驗藥品50-51
• 3.2.2 主要實驗儀器及設(shè)備51-52
• 3.2.3 實驗方法52-54
• 3.2.4 表征與測試54-55
• 3.3 結(jié)果與討論55-59
• 3.3.1 核殼粒子的紅外55-58
• 3.3.2 熱重分析58
• 3.3.3 粒徑分析58-59
• 3.4 小結(jié)59-61
• 第四章 以PMMA為殼的核殼粒子改性PET無紡布制備動力鋰電池隔膜61-74
• 4.1 引言61-62
• 4.2 實驗部分62-65
• 4.2.1 實驗藥品62
• 4.2.2 主要實驗儀器及設(shè)備62-63
• 4.2.3 核殼粒子改性PET無紡布隔膜63-64
• 4.2.4 測試與表征64-65
• 4.3 結(jié)果與討論65-73
• 4.3.1 復(fù)合隔膜的離子電導(dǎo)率65-66
• 4.3.2 復(fù)合隔膜的孔隙率66-68
• 4.3.3 復(fù)合隔膜的潤濕性68
• 4.3.4 復(fù)合隔膜的熱穩(wěn)定性68-70
• 4.3.5 復(fù)合隔膜的形貌70-72
• 4.3.6 復(fù)合隔膜的力學(xué)性能72-73
• 4.4 小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻76-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果83-84
• 致謝84-85
• 附件85

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