本文選題：聚合物電解質(zhì)　切入點(diǎn)：鋰離子電池　出處：《復(fù)旦大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人們生活水平的提高,能源供給與能源需求之間的矛盾日益尖銳。為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的“能源危機(jī)”和迎合環(huán)境保護(hù)的主題,發(fā)展可持續(xù)、環(huán)境友好的綠色新型能源體系成為當(dāng)務(wù)之急。二次電池作為一種可以便利快捷的儲(chǔ)存化學(xué)能且可將儲(chǔ)存的能量高效無污染地轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備而受到廣泛關(guān)注。其中,鋰離子電池由于具有能量密度高、輸出電壓高、輸出功率大、自放電小、工作溫度寬、無記憶效應(yīng)和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在便攜式電子設(shè)備、移動(dòng)通訊燈光領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用,而且大容量鋰離子電池在混合動(dòng)力汽車及純電動(dòng)汽車中也有較好的應(yīng)用前景,其亦可作為風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能和地?zé)崮艿染G色能源的儲(chǔ)存設(shè)備應(yīng)用與小型電網(wǎng)系統(tǒng)。但是,鋰離子電池的安全性與可靠性有待提高。目前鋰離子電池使用的電解質(zhì)為液體電解質(zhì),當(dāng)電池被濫用、內(nèi)部短路或過熱時(shí),很容易將有機(jī)液體引燃,導(dǎo)致電池起火爆炸。為了大幅度提高鋰離子電池的安全性與可靠性,迫切需要研制新型的電解質(zhì)體系。使用聚合物電解質(zhì)可以避免傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的漏液?jiǎn)栴},提高電池的安全性和能量密度,同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)電池的薄型化、輕便化和形狀可變。而纖維素作為天然高分子聚合物,來源豐富,對(duì)環(huán)境無污染,價(jià)格低廉,這從很大程度上明確了纖維素作為聚合物電解質(zhì)研究基礎(chǔ)的趨勢(shì)。本論文主要開展了如下研究：甲基纖維素聚合物電解質(zhì)的制備、多孔羧基甲纖維素聚合物電解質(zhì)的制備和高性能復(fù)合型聚合物電解質(zhì)的制備。1.甲基纖維素聚合物電解質(zhì)的制備纖維素來源豐富,低價(jià)環(huán)保,而且溶液粘度大,成膜性能好；在本研究中采用水溶性的纖維素甲基纖維素(MC)作為原材料通過加水溶解成膜,對(duì)所制備的聚合物膜進(jìn)行紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TG)和差式掃描量熱分析(DSC)等測(cè)試手段進(jìn)行了表征。將聚合物膜吸收有機(jī)電解液LB315制備了聚合物電解質(zhì),該電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率(0.2mScm-1)接近于商用隔膜Celgard 2730 (0.21 mS cm-1);同時(shí)該聚合電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)(0.29)相對(duì)于LiPF6電解液在Celgard2730隔膜中的離子遷移數(shù)(0.27)有些許提高,這在一定程度上有助于鋰離子在電池充放電過程中的移動(dòng),對(duì)電池電化學(xué)性能提高有幫助。該種甲基纖維素聚合物電解質(zhì)應(yīng)用在鋰離子電池中在不破壞電池性能的基礎(chǔ)上,可以大大地縮減電池成本,而且在整個(gè)制備過程中對(duì)環(huán)境無污染,體現(xiàn)了這種纖維素聚合物電解質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用中的很大優(yōu)勢(shì)。2.多孔羧甲基纖維素聚合物電解質(zhì)的制備羧甲基纖維素(CMC)作為一種水溶性及成膜性能較好的纖維素,與人們的生活息息相關(guān),被廣泛應(yīng)用食品、醫(yī)藥、建筑等各大領(lǐng)域中。本節(jié)以CMC作為原材料,通過加入不同比例的溶劑水(H20)與非溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解,制備了一系列多孔聚合物膜,對(duì)所制備的聚合物膜進(jìn)行紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TG)和差式掃描量熱分析(DSC)等測(cè)試手段進(jìn)行了表征。將聚合物膜吸收有機(jī)電解液LB315制備了聚合物電解質(zhì),經(jīng)過進(jìn)一步測(cè)試得出了這一系列多孔膜的離子電導(dǎo)率,其中室溫離子電導(dǎo)率最高的可達(dá)0.48mS cm-1,比商用隔膜Celgard 2730 (0.21 mS cm-1)有很大的提高；同時(shí)該多孔聚合電解質(zhì)膜在吸收過1 mol L-1 LiPF6電解液之后,通過測(cè)試得出其鋰離子遷移數(shù)(0.46)相對(duì)于LiPF6電解液在Celgard隔膜中的離子遷移數(shù)(0.27)有大幅提高.3.高性能復(fù)合型聚合物電解質(zhì)的制備聚合物電解質(zhì)膜是影響鋰離子電池性能的重要因素,通過對(duì)聚合物的改性,能夠改善聚合物電解質(zhì)膜的綜合性能。為了尋找安全性高、力學(xué)性能好、電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的高性能聚合物電解質(zhì),本文將MC和PVDF進(jìn)行復(fù)合,制備一種新型三明治夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜PVDF/MC/PVDF。該復(fù)合膜表現(xiàn)出較高的安全性、好的電化學(xué)性能及較低的生產(chǎn)成本。復(fù)合膜PVDF/MC/PVDF吸收1 mol L-1 LiPF6電解液后制得PVDF/MC/PVDF聚合物電解質(zhì),該電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率達(dá)到1.5 mScm-1,比吸收LiPF6電解液后Celgard 2730隔膜電導(dǎo)率(0.21 mS cm-1)略高；同時(shí)該聚合物電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)(0.47)相對(duì)于LiPF6電解液在Celgard隔膜中的離子遷移數(shù)(0.27)有大幅提高；聚合物電解質(zhì)PVDF/MC/PVDF的電化學(xué)性能通過LiFePO4正極材料進(jìn)行了評(píng)價(jià)(金屬鋰為對(duì)電極),結(jié)果顯示LiFePO4在凝膠復(fù)合膜中表現(xiàn)出高的放電容量,好的循環(huán)性能和倍率性能,對(duì)大容量鋰離子具有較強(qiáng)吸引力。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM912

【共引文獻(xiàn)】

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