本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池用氧化鋁陶瓷隔膜的制備及其性能研究

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【摘要】：鋰離子電池已成為目前市場上儲能設(shè)備的主流,作為“第三電極”的隔膜是鋰離子電池中重要的組成部分。目前鋰離子隔膜市場上主要采用聚烯烴隔膜,因其具有穩(wěn)定的化學性能和較強的機械性能,且易連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。但同時聚烯烴膜由于熱穩(wěn)定性低、對電解液親和性不足,制約了鋰離子電池的安全高效利用。本課題針對聚烯烴隔膜存在的不足,制備超細氧化鋁并將其涂覆在有機隔膜上,研究了陶瓷復合膜的熱穩(wěn)定性和電解液潤濕性,并將其組裝成電池考察了電化學性能。主要研究內(nèi)容如下：首先采用傳統(tǒng)釜式反應器制備超細氧化鋁,考察了鋁鹽種類、表面活性劑種類、沉淀劑種類、鋁鹽滴加速度、煅燒條件、沉淀劑濃度、沉淀劑鋁鹽摩爾比和水浴溫度對氧化鋁粒度、形貌及晶型的影響。采用XRD、 SEM和TEM等方法對所得氧化鋁晶型和顆粒形貌進行表征。選定鋁鹽和沉淀劑分別為硝酸鋁和碳酸銨,在沉淀劑和鋁鹽摩爾比為2.5：1,水浴溫度為0℃,煅燒條件為1200℃保溫2h條件下,得到具有特殊連串結(jié)構(gòu)的超細氧化鋁,平均粒徑為150 nm,但存在部分顆粒結(jié)塊現(xiàn)象。在上述優(yōu)化條件下,進一步采用超重力旋轉(zhuǎn)填充床制備超細氧化鋁,考察了進料速率、進料濃度、反應溫度和沉淀劑鋁鹽摩爾比對所得氧化鋁形貌和晶型的影響。在沉淀劑和鋁鹽進料速率為30 ml·min-1和80 ml·min-1,沉淀劑和鋁鹽摩爾比為2.5：1,反應溫度為0℃條件下,得到150 nm具有連串結(jié)構(gòu)的超細氧化鋁。與傳統(tǒng)釜式反應器相比,大幅度減少了反應所需的時間,約為釜式反應器的十分之一,且所制備超細氧化鋁顆粒分布更均勻,未出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。用所制備的具有特殊連串結(jié)構(gòu)的氧化鋁對聚丙烯隔膜進行涂覆,制備出氧化鋁復合膜并測試其性能。復合膜的電解液潤濕性和熱穩(wěn)定性均有顯著提高。電解液能在所制備氧化鋁復合膜上實現(xiàn)快速鋪展；在160℃下加熱30 min,氧化鋁復合膜收縮率僅為10%。將其組裝成電池,測得其鋰離子電導率最高為0.422 mS·cm-1。與基底膜相比,所制備氧化鋁復合膜的電池容量和循環(huán)性能也有所提高,電池容量最高為157.7 mAh·g-1,循環(huán)30次后電池容量保持95.4%。
【關(guān)鍵詞】：陶瓷隔膜 氧化鋁 鋰離子電池 超重力旋轉(zhuǎn)填充床
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 引言16
• 1.2 鋰離子電池隔膜16-23
• 1.2.1 電池隔膜的性能17-18
• 1.2.1.1 厚度17
• 1.2.1.2 孔徑17
• 1.2.1.3 透過性17-18
• 1.2.1.4 熱穩(wěn)定性18
• 1.2.1.5 潤濕性18
• 1.2.1.6 穿刺強度18
• 1.2.2 電池隔膜的類型18-23
• 1.2.2.1 聚烯烴隔膜18-21
• 1.2.2.2 無紡布隔膜21
• 1.2.2.3 陶瓷復合膜21-23
• 1.3 納米氧化鋁23-26
• 1.3.1 納米氧化鋁的應用23-24
• 1.3.1.1 陶瓷材料23
• 1.3.1.2 催化劑23-24
• 1.3.1.3 電子工業(yè)24
• 1.3.1.4 涂層材料24
• 1.3.1.5 生物醫(yī)用材料24
• 1.3.2 納米氧化鋁的制備24-26
• 1.3.2.1 固相法24-25
• 1.3.2.2 氣相法25
• 1.3.2.3 液相法25-26
• 1.4 超重力技術(shù)26-29
• 1.4.1 超重力旋轉(zhuǎn)填充床的結(jié)構(gòu)26-27
• 1.4.2 超重力旋轉(zhuǎn)填充床的特點27-28
• 1.4.3 超重力技術(shù)的應用28-29
• 1.5 論文選題的意義及研究內(nèi)容29-30
• 第二章 釜式反應器制備納米氧化鋁30-56
• 2.1 序言30
• 2.2 實驗部分30-36
• 2.2.1 實驗試劑及設(shè)備30-31
• 2.2.2 實驗裝置及制備方法31-35
• 2.2.2.1 水熱法31-32
• 2.2.2.2 溶膠-凝膠法32
• 2.2.2.3 沉淀法32-35
• 2.2.3 表征方法35-36
• 2.2.3.1 粒度分布35
• 2.2.3.2 掃描電子顯微鏡35
• 2.2.3.3 X射線衍射35-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-54
• 2.3.1 水熱法36-38
• 2.3.2 溶膠-凝膠法38-40
• 2.3.3 沉淀法40-54
• 2.3.3.1 鋁鹽的選擇40-42
• 2.3.3.2 表面活性劑的選擇42-43
• 2.3.3.3 沉淀劑的選擇43-44
• 2.3.3.4 鋁鹽滴加速率44-46
• 2.3.3.5 煅燒條件46-48
• 2.3.3.6 沉淀劑的濃度48-49
• 2.3.3.7 沉淀劑和鋁鹽摩爾比49-52
• 2.3.3.8 水浴溫度52-54
• 2.4 本章小結(jié)54-56
• 第三章 超重力旋轉(zhuǎn)填充床制備納米氧化鋁56-72
• 3.1 序言56
• 3.2 實驗部分56-60
• 3.2.1 實驗試劑及設(shè)備56-57
• 3.2.2 實驗裝置及制備方法57-60
• 3.2.2.1 進料速率58
• 3.2.2.2 濃度稀釋58-59
• 3.2.2.3 反應溫度59
• 3.2.2.4 沉淀劑與鋁鹽摩爾比59
• 3.2.2.5 釜式反應器和超重力旋轉(zhuǎn)填充床制備的產(chǎn)品比較59-60
• 3.2.3 表征方法60
• 3.2.3.1 掃描電子顯微鏡60
• 3.2.3.2 X射線衍射60
• 3.2.3.3 透射電子顯微鏡60
• 3.3 結(jié)果與討論60-71
• 3.3.1 進料速率60-63
• 3.3.2 濃度稀釋63-65
• 3.3.3 反應溫度65-67
• 3.3.4 沉淀劑和鋁鹽摩爾比67-69
• 3.3.5 釜式反應器和超重力旋轉(zhuǎn)填充床制備的產(chǎn)品比較69-71
• 3.4 本章小結(jié)71-72
• 第四章 氧化鋁陶瓷復合隔膜制備及性能研究72-90
• 4.1 序言72
• 4.2 實驗部分72-77
• 4.2.1 實驗試劑及設(shè)備72-73
• 4.2.2 氧化鋁陶瓷隔膜的制備及電池性能測試73-75
• 4.2.2.1 氧化鋁陶瓷隔膜的制備73-74
• 4.2.2.2 電池性能測試74-75
• 4.2.3 表征方法75-77
• 4.2.3.1 掃描電子顯微鏡75
• 4.2.3.2 熱穩(wěn)定性表征75
• 4.2.3.3 電解液潤濕性表征75
• 4.2.3.4 熱量重分析-差示掃描量熱分析75-76
• 4.2.3.5 交流阻抗76
• 4.2.3.6 電池循環(huán)測試76-77
• 4.3 結(jié)果與討論77-88
• 4.3.1 隔膜性能77-85
• 4.3.1.1 反應溫度的影響77-79
• 4.3.1.2 攪拌的影響79-81
• 4.3.1.3 粉體與粘結(jié)劑比例81-84
• 4.3.1.4 粘結(jié)劑與溶劑比例84-85
• 4.3.2 電池性能85-88
• 4.3.2.1 交流阻抗85-87
• 4.3.2.2 電池循環(huán)性能87-88
• 4.4 本章小結(jié)88-90
• 第五章 結(jié)論90-92
• 參考文獻92-96
• 研究成果96-98
• 致謝98-100
• 作者及導師簡介100-101
• 附件101-102

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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5 趙克,巢永烈,楊爭;牙科用氧化鋯增韌納米復相鋁瓷粉體的制備與性能研究[J];中華口腔醫(yī)學雜志;2003年05期

本文編號：693908