本文選題：偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物 + 納米二氧化鈦　； 參考：《中南大學》2014年博士論文

【摘要】：摘要：與商品化的液態(tài)鋰離子電池相比,聚合物鋰離子電池具備較高的安全性、優(yōu)越的外形設計靈活性以及更高的質量比能量,成為新一代鋰離子二次電池研究的熱點。開發(fā)性能優(yōu)越的聚合物電解質作為制備高性能聚合物鋰離子二次電池的有效途徑,已受到廣泛關注,其中,納米復合聚合物電解質膜的研究成為開發(fā)高性能聚合物電解質重要方向之一。然而,由于納米無機顆粒極易團聚,很難分散在聚合物電解質基體,團聚的納米粒子喪失了納米材料本身所具備的特性,其增強的聚合物電解質膜性能受到限制。因此,本論文從根據分散的一般策略,從抑制納米顆粒團聚的角度設計合成可用來增強PVDF-HFP凝膠型聚合物電解質膜性能的納米Ti02有機-無機復合體,并對納米復合體合成制備工藝、聚合物復合電解質膜的結構與性能以及納米粒子增強聚合物電解質膜電導機理展開了研究,并取得以下研究成果： 1)為了克服納米Ti02顆粒之間的團聚問題,利用原位聚合與結晶的方法成功合成了高分散的納米TiO2-PMMA復合體,納米TiO2顆粒表面通過偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷“鍵橋作用”,接枝了PMMA分子層,抑制了納米Ti02團聚。 2)以聚烯烴隔膜為支撐層,將原位合成的高分散納米TiO2-PMMA復合體與PVDF-HFP復合,制備出以聚烯烴隔膜為支撐層的夾層復合聚合物電解質膜,并利用掃描電鏡、線性掃描伏安法、交流阻抗測試、充放電電池測試等表征手段對復合電解質膜的結構與性能進行了研究。結果表明,在PVDF-HFP中添加高分散的納米TiO2-PMMA復合體,可顯著改善了PVDF-HFP聚合物電解質膜的電池性能,特別是倍率性能。提高納米TiO：顆粒在PVDF-HFP聚合物復合電解質膜中的分散性,可有效提高復合電解質膜的離子電導率、電極相容性,從而起到增強聚合物復合電解質膜的電池性能的效果,其中,電極相容性的改善是聚合物電池倍率性能得到提高的主要原因。 3)原位聚合與結晶的方法成功合成了單分散的納米TiO2@Li+單離子導體(TiO2-PAALi-PMMA),利用合成過程的酸堿反應,降低了納米Ti02分散能耗,有效提高了納米Ti02分散效率,得到單分散的單離子導體DMF分散液。 4)以PVDF-HFP靜電紡絲膜為支撐層,利用相分離法制備了單離子導體TiO2@Li+/PVDF-HFP復合電解質膜,膜的厚度控制在45μm左右,復合電解質膜具備較好的機械強度、抗熱收縮性能、電化學性能以及電池性能。其中,當復合層納米單離子導體含量為50wt%時,復合膜的斷裂強度達到39MPa,活化后的電解質膜離子電導率達到3.63×10-S cm-1,離子遷移數為0.52,倍率性能和循環(huán)性能相對于PE隔膜電池均得到改善。 5)單分散的納米TiO2@Li+單離子導體分散在PVDF-HFP聚合物電解質膜中存在“自組裝”行為。復合電解質膜內部的納米單離子導體向膜與電極接觸的界面以及基體內膜孔內表面離析與富集,富集在電解質與電極界面的納米粒子增強了電極與電解質的界面相容性,降低了界面電阻。富集在復合膜內孔隙的納米粒子因雙電層效應產生“快離子傳導通道”,從而起到提高聚合物復合電解質膜離子電導率的效果。
[Abstract]:Abstract: compared with the commercialized liquid lithium ion battery, the polymer lithium ion battery has high safety, superior shape design flexibility and higher mass ratio of energy. It has become a hot spot in the research of the new generation of lithium ion two battery. The development of high performance polymer electrosolution is used as the preparation of high performance polymer lithium ion two times The effective ways of the battery have attracted much attention. Among them, the research of nanocomposite polymer electrolyte membrane has become one of the important directions for the development of high performance polymer electrolytes. However, it is difficult to disperse on the matrix of polymer electrolyte because of the easy aggregation of nano inorganic particles. The aggregation nanoparticles lose the special properties of nanomaterials themselves. The performance of the enhanced polymer electrolyte membrane is limited. Therefore, in this paper, the nano Ti02 organic-inorganic complex, which can be used to enhance the properties of the PVDF-HFP gel polymer electrolyte membrane, is designed and synthesized from the point of view of dispersing the agglomeration of nanoparticles. The structure and properties of electrolyte membrane and the conductivity mechanism of nanoparticle reinforced polymer electrolyte membrane have been studied.
1) in order to overcome the agglomeration of nano Ti02 particles, the highly dispersed nano TiO2-PMMA complex was successfully synthesized by in-situ polymerization and crystallization. The nano TiO2 particles were grafted by the coupling agent vinyl triethoxy silane "bond bridge", and the PMMA molecular layer was grafted to inhibit the nano Ti02 agglomeration.
2) the composite polymer electrolyte membrane with polyolefin membrane as the supporting layer was prepared by using polyolefin diaphragm as the supporting layer, and the polyolefin membrane as the supporting layer was prepared. The composite electrolyte membrane was characterized by scanning electron microscopy, linear scanning voltammetry, AC impedance testing, charge discharge battery test and other characterization means. The results show that the addition of highly dispersed nano TiO2-PMMA complexes in PVDF-HFP can significantly improve the battery performance of the PVDF-HFP polymer electrolyte membrane, especially the ratio performance. The enhancement of nano TiO: the dispersion of particles in the PVDF-HFP polymer electrolyte membrane can effectively improve the composite electrolyte. The ionic conductivity and electrode compatibility of the membrane can enhance the battery performance of the polymer composite electrolyte membrane, in which the improvement of the compatibility of the electrode is the main reason for the increase of the performance of the polymer battery.
3) the single dispersed nano TiO2@Li+ single ion conductor (TiO2-PAALi-PMMA) was successfully synthesized by in-situ polymerization and crystallization. Using the acid base reaction of the synthesis process, the energy consumption of nano Ti02 was reduced, and the dispersion efficiency of nano Ti02 was improved effectively, and monoionic monomer DMF dispersion was obtained.
4) the single ionic conductor TiO2@Li+/PVDF-HFP composite electrolyte membrane was prepared by phase separation method with the PVDF-HFP electrospun membrane as the supporting layer. The thickness of the membrane was controlled at about 45 m. The composite electrolyte membrane had good mechanical strength, thermal shrinkage resistance, electrochemical performance and electric pool performance. At 50wt%, the fracture strength of the composite membrane reaches 39MPa. The ionic conductivity of the electrolyte membrane after activation reaches 3.63 x 10-S cm-1 and the ion migration number is 0.52. The ratio and cycling performance of the membrane are improved compared with the PE membrane battery.
5) the single dispersed nano TiO2@Li+ single ion conductor is self assembled in the PVDF-HFP polymer electrolyte membrane. The interface of the nano single ion conductor to the membrane and the electrode in the composite electrolyte membrane, and the surface segregation and enrichment of the inner surface of the matrix, the nanoparticles enriched in the electrolyte and the electrode interface enhanced the electrode The interfacial compatibility with the electrolyte reduces the interfacial resistance. The nanoparticles enriched in the pores in the composite film produce the "fast ion conduction channel" due to the double layer effect, thus improving the ionic conductivity of the polymer composite electrolyte membrane.
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM912

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本文編號：2053865