本文關(guān)鍵詞：表面包覆二氧化硅的聚酰亞胺納米纖維膜的制備及其作為鋰電隔膜的研究

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【摘要】：近年來鋰離子電池因具有放電比容量大、循環(huán)使用壽命長(zhǎng),而受到了研究者們的廣泛關(guān)注。電池隔膜作為鋰離子電池中重要的組成部分,其最重要的作用是避免鋰電池正負(fù)極直接接觸。目前商用的鋰電池隔膜仍以聚烯烴隔膜為主,如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)隔膜。聚烯烴隔膜雖然具有力學(xué)性能好、厚度薄、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn),但其對(duì)極性電解液浸潤(rùn)性差,孔隙率低等缺點(diǎn)會(huì)影響鋰電池的電化學(xué)表現(xiàn),尤其是其較差的熱尺寸穩(wěn)定性容易引起電池短路甚至爆炸。為了能夠找到理想的鋰離子電池隔膜,研究者們把目光投向了無紡纖維膜和無機(jī)粒子增強(qiáng)聚合物基復(fù)合隔膜的開發(fā)上。聚酰亞胺作為一種工程塑料,具有熱穩(wěn)定性高、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn),聚酰亞胺基的納米纖維膜具有孔隙率高、比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)獨(dú)特等特點(diǎn),將其作為鋰電池隔膜,可提高隔膜的吸液率允許更多鋰離子通過,并可解決鋰電隔膜熱尺寸穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),從而滿足新一代鋰離子電池隔膜的需求。但是僅僅通過靜電紡絲法制備的聚酰亞胺納米纖維膜存在力學(xué)性能差,不能夠滿足鋰電池隔膜生產(chǎn)過程中收卷和電池封裝的要求。為了克服納米纖維膜力學(xué)強(qiáng)度低的缺點(diǎn),我們使用二氧化硅粒子增強(qiáng)納米纖維膜,從而提高納米纖維膜的力學(xué)性能、熱性能、浸潤(rùn)性等性能。本文在嘗試了溶膠-凝膠法、摻雜法和表面涂覆法等常用的復(fù)合隔膜的制備方法后,創(chuàng)造性的提出并使用靜電紡絲原位水解法制備出表面包覆二氧化硅的聚酰亞胺納米纖維膜,其力學(xué)強(qiáng)度和熱尺寸穩(wěn)定性均得到了提升,大大提高了鋰電池使用過程中的安全性。這種復(fù)合隔膜的力學(xué)拉伸強(qiáng)度能達(dá)到41.77MPa,雖然與商用Celgard隔膜有一定差距,但基本能夠滿足電池封裝的需求。復(fù)合隔膜中最小的離子電導(dǎo)率(0.94 mS cm-1)接近Celgard隔膜(0.54 mS cm-1)的兩倍。使用復(fù)合隔膜的鋰離子電池具有優(yōu)異的電化學(xué)表現(xiàn),其在大倍率放電條件下表現(xiàn)尤其突出,在5C的大倍率放電條件下,其放電比容量的保持率,能達(dá)到84.44%以上,高于Celgard(62.23%)和PI(77.47%)隔膜的放電比容量。經(jīng)過100次1C/1C的充放電循環(huán)后,鋰電池的放電比容量的保持率仍能夠達(dá)到98%以上高于Celgard隔膜(96.44%)。研究結(jié)果表明,原位水解法制備的表面包覆二氧化硅的聚酰亞胺納米纖維膜有希望成為高性能鋰離子電池隔膜的候選者。
【關(guān)鍵詞】：靜電紡絲 二氧化硅 聚酰亞胺 隔膜 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 靜電紡絲法14-18
• 1.1.1 靜電紡絲的原理14
• 1.1.2 靜電紡絲的裝置14
• 1.1.3 靜電紡絲的發(fā)展歷史14-15
• 1.1.4 靜電紡絲的影響條件15-16
• 1.1.5 靜電紡絲制備材料的應(yīng)用領(lǐng)域16-18
• 1.1.6 靜電紡絲制備聚酰亞胺纖維膜18
• 1.2 聚酰亞胺研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.1 聚酰亞胺18-19
• 1.2.2 聚酰亞胺的特性及應(yīng)用19-20
• 1.3 鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀20-27
• 1.3.1 鋰離子電池20-22
• 1.3.2 鋰離子電池正負(fù)極材料22
• 1.3.3 鋰離子電池隔膜22-23
• 1.3.4 鋰離子電池隔膜的種類23-26
• 1.3.5 鋰離子電池隔膜應(yīng)具備的特性參數(shù)要求26-27
• 1.4 課題研究的背景、內(nèi)容和方法27-30
• 1.4.1 研究背景和意義27-28
• 1.4.2 課題的研究方法28
• 1.4.3 課題的創(chuàng)新性28-30
• 第二章 表面包覆SiO_2的PI薄膜的制備及表征方法30-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器30-31
• 2.2 靜電紡絲制備復(fù)合隔膜的工藝條件探究31-36
• 2.2.1 溶膠-凝膠法31-32
• 2.2.2 摻雜法32-33
• 2.2.3 表面涂覆法33-34
• 2.2.4 原位水解法34-36
• 2.3 復(fù)合隔膜的各項(xiàng)測(cè)試和表征方法36-40
• 2.3.1 納米纖維形貌及表面組成36-37
• 2.3.2 密度測(cè)試37
• 2.3.3 吸液率和孔隙率測(cè)試37-38
• 2.3.4 紅外測(cè)試表征38
• 2.3.5 力學(xué)性能測(cè)試38
• 2.3.6 熱性能38
• 2.3.7 靜態(tài)接觸角38-39
• 2.3.8 離子電導(dǎo)率(交流阻抗測(cè)試)39
• 2.3.9 電化學(xué)性能測(cè)試39-40
• 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論40-72
• 3.1 制備工藝研究40-47
• 3.1.1 溶膠-凝膠法的可行性研究40-41
• 3.1.2 摻雜法的可行性研究41
• 3.1.3 表面涂覆法的可行性研究41-42
• 3.1.4 原位水解法的可行性研究42-44
• 3.1.5 原位水解法的驗(yàn)證44-47
• 3.2 復(fù)合隔膜表征與測(cè)試47-72
• 3.2.1 電鏡測(cè)試結(jié)果的分析與討論47-49
• 3.2.2 吸液率和孔隙率49
• 3.2.3 紅外測(cè)試表征49-50
• 3.2.4 力學(xué)性能測(cè)試50-51
• 3.2.5 熱性能51-56
• 3.2.6 靜態(tài)接觸角56-59
• 3.2.7 離子電導(dǎo)率(交流阻抗測(cè)試)59-60
• 3.2.8 電化學(xué)性能測(cè)試60-72
• 第四章 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-80
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-81
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介81-82
• 附件82-83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 宋艷江;王曉東;王偉;黃培;;碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚酰亞胺及其復(fù)合材料[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2007年03期

2 倪文昊;丁冬;;我國(guó)鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及前景探討[J];中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量;2012年01期

3 雷圣輝;陳海清;劉軍;湯志軍;;鋰電池正極材料鈷酸鋰的改性研究進(jìn)展[J];湖南有色金屬;2009年05期

4 崔永麗,張仲華,江利,歐雪梅;聚酰亞胺的性能及應(yīng)用[J];塑料科技;2005年03期

5 張春雪;王蘋;;靜電紡絲及其在納米復(fù)合材料制備中的應(yīng)用研究[J];天津理工大學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

6 葉春洪;戴紅旗;;靜電紡絲纖維的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J];纖維素科學(xué)與技術(shù);2011年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 牟書香;聚酰亞胺表面功能化復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究[D];北京化工大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：776309