本文關鍵詞：聚偏氟乙烯鋰離子電池隔膜與抗污染膜制備及性能研究

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【摘要】：開發(fā)高性能鋰離子電池隔膜和抗污染膜是提高電化學性能和解決膜污染問題的根本途徑。本論文以聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)為膜材料,利用L-S相轉化法制備了鋰離子電池隔膜和抗污染膜,研究了制備方法和添加劑(GO,SiO2和GO-SiO2)對膜性能的影響。具體來說,主要包括以下幾個方面:首先,以PVDF和PAN為膜材料,DMAc為溶劑,SiO2和CH3COOH為添加劑,采用化學反應與L-S相轉化結合法(非溶劑制相(NIPS)法))制備了PVDF/PAN/SiO2鋰離子電池隔膜,研究了PVDF和PAN不同的共混比在有無化學反應時對膜性能的影響。實驗結果表明:存在化學反應時,膜的物理性能(孔隙率、吸液率和離子電導率)和電化學性都能有明顯的提高,并且可以得到分布更均勻的多孔結構;存在化學反應時,最優(yōu)化的隔膜(PVDF/PAN的質(zhì)量比為70/30(記做Mpc30))的吸液率為246.8%,離子電導率為3.32×10-3 S/cm,并且電化學穩(wěn)定性達到5.0 V(vs.Li/Li+).Li/Mpc30隔膜/LiFePO4組裝的電池具有優(yōu)異電化學性能:在0.2 C倍率時放電電壓達到149 mAh/g,并且在不同的電流密度下都具有良好的放電性能。其次,在氧化石墨烯(GO)懸浮液存在的情況下,利用正硅酸乙酯(TEOS)在乙醇和氨水的混合溶液中水解制備GO-SiO2納米復合材料。然后利用非溶劑制相(NIPS)法制備了具有良好抗污染性的PVDF/GO-SiO2微濾雜化膜。結果表明,膜的純水通量和通量恢復率都隨GO-SiO2和PVP含量的增加而先增大后減小;通過與不同的納米顆粒(GO,SiO2和GO-SiO2)共混,膜的形態(tài)、親水性、水通量和抗污染性都有一定的改善,并且加入GO-SiO2的雜化膜具有更均勻的孔徑分布和更高的孔隙率;優(yōu)化的PVDF/GO-SiO2雜化膜(GO-SiO2的含量為PVDF的0.5wt.%,PVP在鑄膜液中含量為1 wt.%)具有最高的純水通量(850 L/(m2·h)和通量恢復率(62%),良好的親水性(接觸角為68.3o),較低的不可逆阻力(37.4%),并且在長期操作中展示了良好的抗污染穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：聚偏氟乙烯 聚丙烯腈 化學反應 相轉化法 膜
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 高分子聚合物多孔膜概述11-13
• 1.1.1 引言11
• 1.1.2 膜的基本概念11
• 1.1.3 膜的分類11-12
• 1.1.4 鋰離子電池隔膜的概述12-13
• 1.2 膜的制備方法13-15
• 1.2.1 相轉化法13-14
• 1.2.2 燒結法14
• 1.2.3 溶出法14
• 1.2.4 拉伸法14
• 1.2.5 核徑跡刻蝕法14-15
• 1.2.6 復合膜法15
• 1.3 國內(nèi)外研究進展15-18
• 1.3.1 膜的表面改性16-17
• 1.3.2 膜的共混改性17
• 1.3.3 化學反應方法17-18
• 1.4 本課題的學術背景及研究意義18-19
• 1.5 本課題的主要內(nèi)容19-21
• 第2章 實驗部分21-29
• 2.1 實驗原材料及設備21-22
• 2.1.1 實驗材料21
• 2.1.2 實驗儀器21-22
• 2.2 膜的制備22-23
• 2.3 膜性能評價和表征23-27
• 2.3.1 純水通量23
• 2.3.2 截留率23-24
• 2.3.3 膜的孔隙率24
• 2.3.4 膜的孔徑分布24-25
• 2.3.5 膜污染表征25-26
• 2.3.6 形貌結構表征26
• 2.3.7 紅外光譜26
• 2.3.8 表面接觸角26
• 2.3.9 力學性能26
• 2.3.10 熱性能26-27
• 2.3.11 X-射線衍射分析(XRD)27
• 2.4 隔膜電化學性能評價27-29
• 2.4.1 吸液率27
• 2.4.2 離子電導率27-28
• 2.4.3 電化學穩(wěn)定性28
• 2.4.4 電池充放電循環(huán)性能28-29
• 第3章 PVDF/PAN/SiO_2鋰離子電池隔膜制備與性能表征29-45
• 3.1 實驗條件優(yōu)化及可行性分析29-31
• 3.1.1 鑄膜液中納米SiO_2含量的優(yōu)化29-30
• 3.1.2 不同膜的紅外分析30-31
• 3.2 膜的性能表征31-34
• 3.2.1 DSC分析31-32
• 3.2.2 機械性能32-33
• 3.2.3 膜結構分析33-34
• 3.3 隔膜的電化學性能表征34-40
• 3.3.1 膜的孔隙率、吸液率和離子電導率34-37
• 3.3.2 電化學穩(wěn)定性窗口37-38
• 3.3.3 隔膜在Li/LiFePO4電池中的首圈充放電性能38-39
• 3.3.4 隔膜在Li/LiFePO4電池中倍率循環(huán)性能39-40
• 3.4 本實驗優(yōu)化的隔膜與文獻中的對比40-42
• 3.4.1 耐熱性40-41
• 3.4.2 綜合性能比較41-42
• 3.5 本章小節(jié)42-45
• 第4章 PVDF/GO-SiO2抗污染共混膜的制備45-57
• 4.1 合成的GO SiO2復合納米粒子的表征46-47
• 4.1.1 紅外譜圖46
• 4.1.2 XRD46-47
• 4.2 PVDF/GO SiO2共混膜的表征47-50
• 4.2.1 TG測試47-48
• 4.2.2 掃描電鏡48-49
• 4.2.3 機械性能49-50
• 4.3 鑄膜液中添加劑含量的優(yōu)化50-52
• 4.3.1 鑄膜液中不同的GO-SiO2含量對膜性能的影響50-51
• 4.3.2 不同含量的PVP對膜性能的影響51-52
• 4.4 膜的親水性、截留率和抗污染性能52-55
• 4.5 本章小結55-57
• 結論57-59
• 參考文獻59-65
• 附錄A65-67
• 附錄B67-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文69-71
• 致謝71

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1 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術;2002年03期

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3 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動車”研討會有感[J];鹽湖研究;2003年02期

4 侯轉丹;鋰離子電池的發(fā)展狀況與應用[J];山西焦煤科技;2004年07期

5 李洪枚,姜亢;廢舊鋰離子電池對環(huán)境污染的分析與對策[J];上海環(huán)境科學;2004年05期

6 于冶夫;鋰離子電池回收與再生產(chǎn)[J];有色金屬再生與利用;2005年04期

7 席國喜;焦玉字;路邁西;;廢舊鋰離子電池資源化研究現(xiàn)狀[J];再生資源與循環(huán)經(jīng)濟;2008年01期

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9 ;2009(第四屆)動力鋰離子電池技術及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年08期

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1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問題探析[A];第十二屆中國固態(tài)離子學學術會議論文集[C];2004年

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9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長第十一屆中國科協(xié)年會論文集（2）[C];2009年

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1 李壯;新國標9月實施鋰電池門檻加高[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2005年

2 劉碧瑪;動力鋰離子電池要抓住發(fā)展機遇[N];科技日報;2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國六成[N];深圳特區(qū)報;2006年

4 實習記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關注 新材料研究是熱點[N];中國電子報;2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關注[N];中國有色金屬報;2008年

6 李燕京;鋰離子電池國標年內(nèi)將出臺[N];中國消費者報;2008年

7 本報記者 馮健;動力鋰離子電池：安全性制約應用[N];中國電子報;2009年

8 新材料在線首席研究員 李國強;鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國電子報;2004年

9 金信;全國最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國機電日報;2002年

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1 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學;2011年

2 馬宇宏;鋰離子電池熱安全性研究[D];電子科技大學;2013年

3 白鋼印;鋰離子電池高電壓正極材料鎳猛酸鋰的合成與改性研究[D];昆明理工大學;2015年

4 宋贏;鋰離子電池二氧化鈦負極材料摻雜改性及電化學行為研究[D];遼寧大學;2015年

5 安平;聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備及其性能研究[D];陜西科技大學;2015年

6 景其鳴;鋰離子電池高錳三元正極材料的富鋰化研究[D];河北工業(yè)大學;2015年

7 潘佰韜;鋰離子電池管理系統(tǒng)的設計與SOC估算研究[D];河北工業(yè)大學;2015年

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9 王暖暖;基于UKF的電動汽車鋰離子電池的SOC估算[D];大連海事大學;2016年

10 張卓識;鋰離子電池建模與故障預測方法研究[D];大連海事大學;2016年

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