【摘要】：隔膜作為鋰離子電池的重要組成部分,決定著電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻,也直接影響著電池的比容量、循環(huán)性能、安全性能等,因此對隔膜性能的優(yōu)化有利于提高電池的綜合性能。目前使用最廣泛的是聚烯烴類(PP、PE)微孔膜,其具有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,但同時存在孔隙率低、浸潤性差、受熱易變形等缺點。因此本文選用對有機(jī)電解液具有很好浸潤性的聚偏氟乙烯(PVDF)作為基體材料,采用靜電紡絲技術(shù)作為制備方法,通過添加不同維度的無機(jī)納米材料對靜電紡PVDF纖維進(jìn)行改性。采用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、拉伸儀等表征手段對所制備的復(fù)合纖維膜進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)、熱學(xué)性和力學(xué)性能表征,以紐扣電池的形式,測試了復(fù)合纖維膜的電化學(xué)性能及電池性能。主要工作如下:首先,以原位復(fù)合的方式,將零維納米材料SiO2與PVDF進(jìn)行了復(fù)合。當(dāng)SiO2含量為6%時纖維膜的孔隙率為87.48%,吸液率高達(dá)421%。PVDF/SiO2復(fù)合纖維膜/電解液體系具有較高的離子電導(dǎo)率(?2.5 mS?cm-1),并且復(fù)合纖維膜與鋰電極的界面阻抗也隨著SiO2含量的增加而逐漸減小。使用PVDF/SiO2-6%纖維膜組裝的電池與采用PP微孔膜和PVDF纖維膜為隔膜的電池相比較,前者不僅比容量高,而且比容量衰減慢,在高倍率充放電時仍有很高的比容量保持率。其次,采用羧基化的一維多壁碳納米管(MWCNT)對PVDF基纖維進(jìn)行改性。復(fù)合纖維膜均具有較高的孔隙率(86-89%),吸液率大約是PP隔膜的5倍。碳納米管的加入使纖維膜的熔點向高溫偏移,而纖維的熔融焓和結(jié)晶度呈下降趨勢。當(dāng)MWCNT含量是5%時復(fù)合纖維膜/電解液體系的離子電導(dǎo)率最高為3.75 mS?cm-1。界面交流阻抗測試顯示,只有PVDF/MWCNT-0.1%隔膜的界面阻抗為比較小的156Ω,其它含量的纖維膜界面阻抗都大于300Ω。復(fù)合纖維膜/電解液體系的電化學(xué)穩(wěn)定窗口大于5 V,能滿足鋰離子電池的使用要求。以PVDF/MWCNT-0.1%作為隔膜組裝的電池具有高的比容量、循環(huán)性能穩(wěn)定、倍率充放電性能良好。最后,通過添加二維納米材料蒙脫土(MMT)對PVDF基纖維進(jìn)行改性。PVDF/MMT復(fù)合纖維膜的孔隙率大約為84%,纖維膜的吸液率是PP膜的3~4倍。MMT與聚合物復(fù)合后層間距增加,說明聚合物鏈段插層到MMT的層間。PVDF/MMT-7%復(fù)合纖維膜的斷裂伸長率和拉伸強度分別高達(dá)65.1%和3.32 MPa。PVDF/MMT-5%纖維膜/電解液體系的離子電導(dǎo)率最高(4.20 mS?cm-1),界面阻抗也最小(97Ω)。采用PVDF/MMT-5%纖維膜作為電池隔膜組裝的電池具有較高的比容量(147 mA?h?g-1)、良好的循環(huán)性能和倍率充放電性能。綜合比較,添加MMT對PVDF纖維膜的力學(xué)性能改善最明顯,用PVDF/SiO2-6%纖維膜組裝的電池在0.2C倍率下的比容量最高,而以PVDF/MWCNT-0.1%作為隔膜組裝的電池在高倍率充放電時比容量較高。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ340.64;TM912

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本文編號：2807015