本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池復(fù)合型多孔聚合物電解質(zhì)的制備及其性能研究

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【摘要】：鋰離子電池聚合物電解質(zhì)因不存在漏液?jiǎn)栴}、能使電池外觀靈活設(shè)計(jì)、物理和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)使其擁有良好的發(fā)展前景。其中多孔聚合物電解質(zhì)能夠同時(shí)兼顧離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度,綜合性能更佳。因此本文分別采用簡(jiǎn)單實(shí)用的非溶劑揮發(fā)法和安全環(huán)保的超臨界CO2(ScCO2)誘導(dǎo)相分離法制備了鋰離子電池復(fù)合多孔聚合物電解質(zhì)。采用SEM、DSC、XRD、TGA、拉伸測(cè)試、EIS、CV等手段對(duì)制備的聚合物膜的微觀形貌、結(jié)晶度、熱性能、力學(xué)性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了充分表征。研究了制備過(guò)程中不同工藝參數(shù)對(duì)聚合物膜結(jié)構(gòu)和性能的影響,以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能和電化學(xué)性能的統(tǒng)一,使制備的復(fù)合多孔聚合物電解質(zhì)具有實(shí)際應(yīng)用前景。本文首先采用非溶劑揮發(fā)法制備了復(fù)合多孔聚合物電解質(zhì)。膜材料為PVDF-HFP和PMMA,DMF和EG分別是溶劑和非溶劑。考察了制備過(guò)程中的液膜干燥溫度、非溶劑EG用量、共混PMMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)和納米Ti02的添加量對(duì)聚合物膜的物理和電化學(xué)性能的影響。首先,制備了純PVDF-HFP基聚合物電解質(zhì),并研究了干燥溫度的影響。結(jié)果表明,當(dāng)干燥溫度低于60℃時(shí),無(wú)法獲得一張外觀完好的膜；升高干燥溫度,膜的孔隙率和電導(dǎo)率不斷下降,力學(xué)性能則不斷增強(qiáng)。然后,不斷調(diào)高非溶劑EG用量,研究不同非溶劑EG用量的影響。結(jié)果表明,膜的孔隙率和電導(dǎo)率隨著非溶劑EG用量增加而不斷升高；非溶劑用量最大時(shí),離子電導(dǎo)率最高至0.75mS/cm,電化學(xué)氧化電位在6V以上。在此基礎(chǔ)上,將PVDF-HFP與PMMA共混,研究不同PMMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。結(jié)果表明,共混PMMA對(duì)離子電導(dǎo)率提升效果顯著,PMMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0升至30%時(shí),離子電導(dǎo)率從0.75mS/cm升至1.53mS/cm,提升兩倍多；隨著PMMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,膜的表面孔密度、結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性不斷下降,拉伸強(qiáng)度則逐漸增強(qiáng)。最后,將納米Ti02引入PVDF-HFP/PMMA共混膜中,研究不同納米Ti02添加量的影響。結(jié)果表明,膜表面孔密度和結(jié)晶度隨著納米Ti02的引入逐漸下降；添加量超過(guò)2%時(shí),有明顯的粒子團(tuán)聚現(xiàn)象出現(xiàn),導(dǎo)致聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率迅速衰減；當(dāng)納米Ti02添加量為2%時(shí),制備的復(fù)合多孔聚合物電解質(zhì)綜合性能最佳,離子電導(dǎo)率最高為1.68mS/cm,熱分解溫度在350-C以上,氧化分解電壓在6V以上,拉伸強(qiáng)度達(dá)21.89MPa；裝配成扣式電池進(jìn)行充放電測(cè)試,電池運(yùn)行平穩(wěn),0.2C、0.5C、1C和2C倍率下的放電比容量分別為140.2、127.1、114.7和105.3mAh/g,1C倍率下50圈循環(huán)效率為90%。本文制備復(fù)合多孔聚合物電解質(zhì)采用的第二種方法為ScCO2誘導(dǎo)相分離法。選用的聚合物為PVDF-HFP,溶劑為NMP。考察了制備過(guò)程中的ScCO2壓力和溫度、聚合物初始濃度和納米Ti02添加量對(duì)聚合物膜的物理和電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,ScCO2誘導(dǎo)法制備的聚合物膜為非對(duì)稱(chēng)膜,膜截面呈現(xiàn)蜂窩狀的大孔結(jié)構(gòu),具有較高的孔隙率和離子電導(dǎo)率,然而拉伸強(qiáng)度偏低。隨著ScCO2壓力升高,膜的孔隙率和離子電導(dǎo)率不斷增大,拉伸強(qiáng)度逐漸下降；而升高ScCO2溫度或者增加聚合物初始濃度,膜的孔隙率和離子電導(dǎo)率不斷下降,力學(xué)性能則逐漸增強(qiáng)。摻雜納米Ti02能夠同時(shí)改善膜的電化學(xué)性能和力學(xué)性能。隨著納米Ti02粒子不斷添加,膜的結(jié)晶度、孔隙率和吸液率及拉伸強(qiáng)度都先升高而后下降。當(dāng)納米Ti02添加量為1%時(shí),制備的復(fù)合多孔聚合物電解質(zhì)綜合性能最佳,室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)3.13mS/cm,同時(shí)熱穩(wěn)定性較好,電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬,裝配成Li/composite polymer electrolyte/LiCoO2電池,1C放電容量可達(dá)131.9mAh/g,循環(huán)50圈,庫(kù)倫效率始終保持在99%左右。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O631;TM912

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4 丁建東,羅付生,楊光成,宋洪昌,李風(fēng)生;多孔聚合物微球的制備方法[J];淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年04期

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8 崔永春,王真;微波等離子體對(duì)高分子多孔聚合物小球進(jìn)行表面改性[J];昆明師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào);1999年04期

9 李澧;馮敏;畢曉東;朱佳廷;;紫外輻射共聚制備含環(huán)氧基團(tuán)的多孔聚合物及其在固定化酶上的應(yīng)用[J];輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào);2013年01期

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1 張世玲;游波;周樹(shù)學(xué);武利民;;一步法制備有序多孔聚合物膜及形成機(jī)理研究[A];2009年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2009年

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本文編號(hào)：1177022