本文關(guān)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(xué)性能和解決膜污染問(wèn)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(zhuǎn)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(duì)膜性能的影響。具體來(lái)說(shuō),主要包括以下幾個(gè)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(xué)反應(yīng)與L-S相轉(zhuǎn)化結(jié)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(wú)化學(xué)反應(yīng)時(shí)對(duì)膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:存在化學(xué)反應(yīng)時(shí),膜的物理性能(孔隙率、吸液率和離子電導(dǎo)率)和電化學(xué)性都能有明顯的提高,并且可以得到分布更均勻的多孔結(jié)構(gòu);存在化學(xué)反應(yīng)時(shí),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(dǎo)率為3.32×10-3 S/cm,并且電化學(xué)穩(wěn)定性達(dá)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(xué)性能:在0.2 C倍率時(shí)放電電壓達(dá)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(fù)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(jié)果表明,膜的純水通量和通量恢復(fù)率都隨GO-SiO2和PVP含量的增加而先增大后減小;通過(guò)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(fù)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(zhǎng)期操作中展示了良好的抗污染穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：聚偏氟乙烯 聚丙烯腈 化學(xué)反應(yīng) 相轉(zhuǎn)化法 膜
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(zhuǎn)化法13-14
• 1.2.2 燒結(jié)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(fù)合膜法15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)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(xué)反應(yīng)方法17-18
• 1.4 本課題的學(xué)術(shù)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(shí)驗(yàn)部分21-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料及設(shè)備21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.2 膜的制備22-23
• 2.3 膜性能評(píng)價(jià)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(jié)構(gòu)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(xué)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(xué)性能評(píng)價(jià)27-29
• 2.4.1 吸液率27
• 2.4.2 離子電導(dǎo)率27-28
• 2.4.3 電化學(xué)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(shí)驗(yàn)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(jī)械性能32-33
• 3.2.3 膜結(jié)構(gòu)分析33-34
• 3.3 隔膜的電化學(xué)性能表征34-40
• 3.3.1 膜的孔隙率、吸液率和離子電導(dǎo)率34-37
• 3.3.2 電化學(xué)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(shí)驗(yàn)優(yōu)化的隔膜與文獻(xiàn)中的對(duì)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(fù)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(cè)試47-48
• 4.2.2 掃描電鏡48-49
• 4.2.3 機(jī)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(duì)膜性能的影響50-51
• 4.3.2 不同含量的PVP對(duì)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(jié)55-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 附錄A65-67
• 附錄B67-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69-71
• 致謝71

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