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新型锂离子电池隔膜的等离子体制备

作　者: 朱惠钦
导　师: 陈强
学　校: 北京印刷学院
专　业: 材料物理与化学
关键词: 等离子体增强化学气相微孔聚丙烯隔膜锂离子电池氧化硅性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用等离子体增强化学气相沉积的方法在锂离子电池用微孔聚丙烯隔膜表面沉积氧化硅,对隔膜进行表面改性。研究等离子体（Ar,O₂）放电处理和氧化硅涂层对隔膜的热性能、表面润湿性、机械性能,抗电解液腐蚀性和电性能的影响,以期提高隔膜的热稳定性和锂离子电池安全性。实验采用电容耦合等离子体源（CCP）,13.56MHz的射频电源用于产生等离子体。以挥发性的六甲基二硅氧烷（HMDSO）为单体,O₂为反应气体,Ar为辅助放电气体沉积氧化硅薄膜。通过傅里叶红外光谱（FTIR）表征所制备的氧化硅薄膜的成分,原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）表征样品表面形貌,采用接触角测量仪（Video WCA）研究沉积薄膜的表面润湿性,表面轮廓仪（台阶仪）用于测量氧化硅薄膜的厚度和沉积速率。同时测量了处理前后隔膜的力学性能、孔隙率和电解液吸附量。最后将处理后的隔膜用于扣式半电池的组装,测试其倍率充放电性能、周期循环特性和交流阻抗谱等电化学性能。得到的结论为:1、氧化硅表面的接触角随着混合气体中O₂含量的增加而降低。在O₂:HMDSO=1:2处出现沉积速率极大值;2、采用不同等离子体对微孔聚丙烯隔膜进行放电处理,O₂放电处理能明显提高隔膜的润湿性,显著提高隔膜的孔隙率和电解液吸附量。但是,Ar和O₂等离子体放电处理后隔膜的力学性能均出现较大幅度降低;3、在微孔隔膜表面沉积氧化硅涂层,当O₂:HMDSO=8:1时,隔膜表面的水接触角可降至36°左右。氧化硅涂层在一定程度上能降低聚丙烯隔膜的热收缩率;4、氧化硅薄膜在较小厚度时不会影响电池的倍率放电和周期循环特性,能降低其阻抗值,但是当氧化硅厚度的进一步增加会增加电池阻抗,充放电性能出现异常,影响电池使用稳定性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章综述  8-36
  1.1 引言  8
  1.2 锂离子电池简介  8-13
  1.3 锂离子电池隔膜  13-19
  1.4 锂离子电池隔膜的分类及制备  19-24
  1.5 有机隔膜的性能和改性  24-27
  1.6 氧化硅薄膜  27-30
  1.7 课题概述  30-32
  参考文献  32-36
第二章实验设备及方法  36-49
  2.1 氧化硅薄膜的制备  36-39
  2.2 PECVD 制备的氧化硅薄膜表征方法和手段  39-41
  2.3 聚烯烃隔膜的表征手段和方法  41-47
  2.4 聚烯烃薄膜的抗电解液腐蚀性研究  47-48
  参考文献  48-49
第三章实验结果与讨论  49-78
  3.1 工艺参数对氧化硅薄膜结构及其性能的影响  49-57
  3.2 PECVD 制备氧化硅薄膜对聚烯烃隔膜的性能影响  57-61
  3.3 氧化硅涂覆对聚烯烃隔膜的性能影响  61-76
  参考文献  76-78
第四章结论与展望  78-81
  4.1 本文的主要研究成果与结论  78-79
  4.2 本文的创新之处  79-80
  4.3 工作展望  80-81
硕士期间发表的论文  81-82
致谢  82

新型锂离子电池隔膜的等离子体制备

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