【摘要】：鋰離子電池除了在日常生活中的應(yīng)用以外,現(xiàn)在越來(lái)越多的應(yīng)用在電動(dòng)汽車(EV)中,但是最近新能源汽車的燃燒和爆炸等問(wèn)題被頻繁報(bào)道出來(lái),這就對(duì)LIBs的安全性能和大倍率性能提出了更高的要求。電動(dòng)汽車燃燒、爆炸等安全問(wèn)題發(fā)生的主要原因有:(1)持續(xù)放電或者過(guò)充造成的電池過(guò)熱使得內(nèi)部隔膜發(fā)生熱收縮;(2)電池過(guò)充使得鋰枝晶生長(zhǎng)刺穿隔膜;(3)外力撞擊造成電池的外部或者內(nèi)部毀壞。以上這些因素都可能使電池發(fā)生內(nèi)部短路,嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)安全事故。現(xiàn)在商業(yè)應(yīng)用的PP或者PE隔膜雖然有高的機(jī)械性能,但是其耐高溫性能、浸潤(rùn)性和離子導(dǎo)電率都較差,不能滿足電動(dòng)汽車的高安全和大電流充放電的要求,急需熱穩(wěn)定性好和大倍率充放電的高性能復(fù)合隔膜。所以研究出熱穩(wěn)定性好和可大倍率充放電的復(fù)合隔膜成為解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。本論文采用相轉(zhuǎn)化的方法制備了PVDF-HFP/TiO_2-NF和PVDF-HFP/Cellulose/TiO_2兩種可耐高溫多孔隔膜,獲得的主要研究成果如下:1.采用相轉(zhuǎn)化法制備出PVDF-HFP/TiO_2-NF復(fù)合隔膜,此復(fù)合隔膜中TiO_2納米纖維作為造孔劑和耐熱材料,TiO_2纖維的加入可以降低聚合物PVDF-HFP的結(jié)晶度,增加隔膜的孔隙率,但是摻雜也不可過(guò)量,過(guò)多復(fù)合隔膜的性能反而會(huì)降低。測(cè)試發(fā)現(xiàn)5 wt%TiO_2纖維摻雜的PVDF-HFP/TiO_2-NF復(fù)合隔膜各項(xiàng)性能最優(yōu),其復(fù)合隔膜孔隙率超過(guò)60%,吸液率高達(dá)277.9%,電導(dǎo)率也可以達(dá)到1.26 mS cm~( 1)。裝有PVDF-HFP/TiO_2-NF復(fù)合隔膜的電池具有高的放電比容量(140mAh g~( 1))和倍率性能,并且其電池在110℃的高溫下也能正常使用。2.采用相轉(zhuǎn)化法制備出PVDF-HFP/Cellulose/TiO_2復(fù)合隔膜,此復(fù)合隔膜中添加了耐高溫纖維素顆粒作為支撐PVDF-HFP基底的骨架,再在PVDF-HFP/Cellulose復(fù)合基底中添加5 wt%TiO_2纖維,纖維素和TiO_2纖維的添加都可以降低PVDF-HFP的結(jié)晶度,增加復(fù)合隔膜的耐熱溫度。最終得到PVDF-HFP/Cellulose/TiO_2復(fù)合隔膜的孔隙率可以達(dá)到63.65%,吸液率達(dá)到210.3%,并且有高達(dá)1.68 mS cm~( 1)的離子電導(dǎo)率。用PVDF-HFP/Cellulose/TiO_2復(fù)合隔膜組裝的電池展現(xiàn)了高的比容量(160 mAh g~( 1))和倍率性能,并且此電池在120℃的高溫下仍能正常進(jìn)行充放電。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 引言進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著人口的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，對(duì)能源的需求也大幅上升[1, 2]。現(xiàn)在使用的能源還是以化石能源為主，但是化石燃料的過(guò)度使用會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源匱乏等問(wèn)題。為了改善此類問(wèn)題，探索和開(kāi)發(fā)清潔無(wú)污染的可再生能源成為當(dāng)今社會(huì)研究的重點(diǎn)，自然界中此類能源主要有風(fēng)能、地?zé)崮�、太�?yáng)能和潮汐能等，但是它們大都無(wú)法被人類直接利用，需要將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其能量轉(zhuǎn)化的效率非常低且成本高。經(jīng)過(guò)多年研究和改進(jìn)人們終于探索出了無(wú)污染、能量密度高和循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰離子電池，鋰電池憑借著這些優(yōu)點(diǎn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的使用[3, 4]。應(yīng)用領(lǐng)域如圖 1-1 所示。

的工作原理是 Li在正負(fù)極材料之間來(lái)回嵌入和脫出的過(guò)程，不會(huì)有其他副產(chǎn)生 CO2和重金屬污染等問(wèn)題。直到 20 世紀(jì) 70 年代鋰離子電池才開(kāi)始進(jìn)用化的時(shí)代，日本索尼公司最先發(fā)布了以鈷酸鋰為正極，石焦油為負(fù)極的鋰電池，鋰離子電池也開(kāi)始被人們熟知和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，現(xiàn)在的鋰離池被運(yùn)用在生活中的方方面面，并且隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)鋰離池的要求也不斷的提高。但是在鋰離子電池得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)也帶來(lái)了一全問(wèn)題。例如：2008 年美國(guó)哥倫比亞一輛經(jīng)過(guò)改裝的裝有鋰離子電池組的因?yàn)闇囟冗^(guò)高在高速公路行駛中起火；2013 年日本一架波音 787 飛機(jī)從山飛往東京時(shí)主電池組因?yàn)閮?nèi)部短路發(fā)生著火；2016 年中國(guó)北京一架 IEV5 在屯地標(biāo)前起火，可能是接線松動(dòng)而導(dǎo)致電池過(guò)熱[5]。這就要求鋰離子電池在高能量的同時(shí)還要具備優(yōu)秀的安全性能。.2.2 鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)鋰離子電池的核心組成部分主要包括：正極材料、負(fù)極材料、電解液、高隔膜和電池外殼[9-11](如圖 1-2 所示)。

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