本文關(guān)鍵詞：石墨烯復(fù)合隔膜的制備及相關(guān)物性研究

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【摘要】：隨著便攜式電子設(shè)備的普及和電動汽車的發(fā)展,對于鋰離子電池的性能要求日益提高。作為鋰離子電池中的一個重要部件,隔膜不僅隔離正負(fù)極作用,決定電池的內(nèi)阻,也影響電池的能量密度、倍率性能、循環(huán)性能、安全性能等,因此,隔膜性能的提高對改善鋰離子電池的性能有重要意義,同時相對于電極材料的研究,這個方向研究相對較少�；诖�,本論文的研究從改善隔膜的離子和電子的擴(kuò)散速率出發(fā),在商業(yè)化隔膜上增加了石墨烯復(fù)合導(dǎo)電功能層,獲得了具有優(yōu)異的鋰離子透過性和單側(cè)(石墨烯層)導(dǎo)電性新型隔膜。首先,制備了石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜并進(jìn)行性能研究。采用涂覆方法在商業(yè)化隔膜上獲得了石墨烯/聚偏氟乙烯功能層。石墨烯片層搭接形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),提高了隔膜與電解液的接觸面積,聚偏氟乙烯有極性鍵,與電解液的相溶性較好,改善了隔膜與電解液的浸潤性,功能層能夠同時提高離子和電子的擴(kuò)散速率,同時也提高了熱穩(wěn)定性。石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜應(yīng)用于磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池中,2C時,容量保持在120 m Ah/g左右,約為使用普通隔膜的3倍,5C時,容量仍能80mAh/g以上。通過同時提高離子和電子的擴(kuò)散速率,可以實現(xiàn)鋰離子電池的倍率性能提高。該方法簡單,易操作,便于工業(yè)化生產(chǎn)。其次,提出水浴處理的方法,來調(diào)控石墨烯/聚偏氟乙烯功能層的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高對于電解液的吸液能力。通過常溫水浴相轉(zhuǎn)化,來獲得多孔結(jié)構(gòu)功能層。多孔功能層吸收電解液后,可形成三維導(dǎo)電凝膠網(wǎng)絡(luò),與致密功能層相比具有更好的吸液保液能力,因而更利于離子和電子的傳輸。多孔石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜應(yīng)用于以磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池中,5C時,比容量可達(dá)110mAh/g,且600次循環(huán)后的容量保持率接近100%。多孔石墨烯/聚偏氟乙烯功能層隔膜也可拓展到鋰硫電池中,可吸附阻擋多硫離子,利于鋰離子和電子快速傳輸,提高鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。本研究為制備長壽命、可快充及高功率鋰離子電池和鋰硫電池提供了新的解決方法。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合隔膜 功能層 石墨烯 三維凝膠導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰離子電池概述13-16
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展13-14
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.2.3 鋰離子電池的特征和結(jié)構(gòu)組成15-16
• 1.3 正極材料16-17
• 1.4 負(fù)極材料17
• 1.5 電解液17-18
• 1.6 隔膜18-31
• 1.6.1 隔膜的作用18-19
• 1.6.2 鋰離子電池隔膜的性能要求19-21
• 1.6.3 隔膜的類型21-31
• 1.6.3.1 聚烯烴微孔膜21-23
• 1.6.3.2 無紡布隔膜23-25
• 1.6.3.3 聚合物電解質(zhì)25-28
• 1.6.3.4 無機(jī)膜28-30
• 1.6.3.5 復(fù)合隔膜30-31
• 1.7 鋰離子電池隔膜的發(fā)展趨勢31-32
• 1.8 本論文的研究目的和主要研究內(nèi)容32-34
• 第2章 實驗部分34-38
• 2.1 實驗儀器與試劑34
• 2.2 結(jié)構(gòu)表征34-35
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡34-35
• 2.2.2 X射線衍射35
• 2.2.3 拉曼光譜35
• 2.2.4 熱重分析35
• 2.2.5 四探針面電阻測試35
• 2.3 隔膜特性表征35-36
• 2.3.1 接觸角35
• 2.3.2 吸液率35-36
• 2.3.3 離子電導(dǎo)率36
• 2.3.4 熱收縮性能36
• 2.4 電化學(xué)性能表征36-38
• 2.4.1 電池的組裝36-37
• 2.4.2 電化學(xué)性能的測試37-38
• 第3章 石墨烯/PVDF涂層復(fù)合隔膜的制備與性能研究38-47
• 3.1 引言38-39
• 3.2 制備39-40
• 3.3 結(jié)果與討論40-46
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)表征40-41
• 3.3.2 功能層的浸潤性、導(dǎo)電性及熱穩(wěn)定性41-45
• 3.3.3 電化學(xué)性能45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 多孔石墨烯/PVDF功能層復(fù)合隔膜的制備與性能研究47-60
• 4.1 引言47-48
• 4.2 制備48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-58
• 4.3.1 多孔石墨烯/PVDF功能層形成過程49-50
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)表征50
• 4.3.3 多孔石墨烯/聚偏氟乙烯特性表征50-54
• 4.3.4 多孔石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合隔膜的電化學(xué)性能54-56
• 4.3.5 基體對于多孔功能層的電化學(xué)性能影響56-57
• 4.3.6 功能層應(yīng)用拓展57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第5章 結(jié)論60-62
• 5.1 論文的主要結(jié)論60-61
• 5.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果72-73
• 致謝73-75

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