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静电纺丝法制备无机改性锂离子电池隔膜

作　者: 韩领
导　师: 陈平
学　校: 大连理工大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 静电纺丝 PVDF SiO2 TiO2 锂离子电池隔膜
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


静电纺丝方法制备的纳米纤维薄膜具有高的孔隙率和离子电导率,可以用于制备凝胶态聚合物电解质,在聚合物锂离子电池领域有良好的应用前景。聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化学稳定性及电化学稳定性,对有机电解液浸润性能优异,是制备电纺隔膜的常用材料。但是,电纺PVDF隔膜的纤维之间结合力较弱,力学性能较差,不能满足电池封装的要求,其应用因此受到很大限制。本文采用无机纳米颗粒(SiO2、TiO2)改性PVDF纺丝液,利用无机颗粒表面极性基团之间以及与PVDF分子链氟原子之间的相互作用增强纳米纤维之间的粘结性能,从而提高电纺PVDF隔膜的力学性能。同时,无机颗粒的加入降低了聚合物的结晶度,提高了隔膜吸液率和离子电导率,进而提高隔膜的电化学性能,主要工作如下：1、考察了溶剂、溶液浓度和纺丝电压对电纺PVDF隔膜的表面形貌及力学性能的影响,确定了最佳纺丝条件是以DMAc/丙酮(体积比为3：7)作为溶剂配制15wt%PVDF纺丝液,在25kV下静电纺丝。该条件下得到的电纺PVDF隔膜具有典型的纤维互穿微孔结构,不存在滴状物和串珠缺陷,纤维直径较小且分布比较均匀,拉伸强度和断裂伸长率分别为0.7MPa和35.3%,室温离子电导率为3.9mS/cm。2、向PVDF纺丝液中直接添加3wt%亲油、亲水SiO2后得到的PVDF/SiO2复合隔膜的拉伸强度分别为0.4MPa和1.4MPa,说明亲水性Si02在PVDF纺丝液中分散性更好。对含亲油性SiO2的PVDF纺丝液超声处理15分钟后,复合隔膜的拉伸强度达到1.4MPa,室温离子电导率为4.1mS/cm。3、以硅酸乙酯(TESi)为前驱体在PVDF纺丝液中水解原位生成SiO2,制备PVDF/SiO2复合隔膜。当SiO2含量为6wt%时,复合隔膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到2.1MPa和108.8%,室温离子电导率达到4.4mS/cm,以其组装的纽扣电池的放电容量和循环性能比以PVDF隔膜组装的电池有所提高。4、以钛酸丁酯(TBTi)为前驱体在PVDF纺丝液中水解原位生成TiO2,制备PVDF/TiO2复合隔膜。当TiO2含量为5wt%时,复合隔膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到2.3MPa和121.7%,增幅分别达到228.6%和244.8%,室温离子电导率达到5.1mS/cm,以其组装的纽扣电池的放电容量和循环性能均优于以PVDF隔膜和PVDF/SiO2复合隔膜组装的电池。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-23
  1.1 锂离子电池简介  10-11
  1.2 锂离子电池隔膜概述  11-12
  1.3 锂离子电池隔膜制备方法  12-16
    1.3.1 液体锂离子电池隔膜制备方法  12-13
    1.3.2 聚合物锂离子电池隔膜制备方法  13-16
  1.4 静电纺丝法制备锂离子电池隔膜  16-22
    1.4.1 静电纺丝原理  16-18
    1.4.2 静电纺丝工艺条件  18-20
    1.4.3 电纺隔膜性能的改进方法  20-22
  1.5 本论文的研究目的和主要内容  22-23
    1.5.1 研究目的  22
    1.5.2 主要内容  22-23
2 实验部分  23-28
  2.1 试剂及仪器  23-24
  2.2 溶液性能测试  24-25
    2.2.1 粘度  24
    2.2.2 表面张力  24-25
  2.3 隔膜性能测试  25-28
    2.3.1 表面形貌  25
    2.3.2 孔隙率  25-26
    2.3.3 吸液率  26
    2.3.4 力学性能  26
    2.3.5 热性能  26
    2.3.6 离子电导率  26-27
    2.3.7 电化学稳定性  27
    2.3.8 电池性能  27-28
3 PVDF隔膜工艺条件的研究  28-38
  3.1 溶剂  28-30
    3.1.1 溶剂对隔膜表面形貌的影响  29-30
    3.1.2 溶剂对隔膜力学性能的影响  30
  3.2 溶液浓度  30-34
    3.2.1 浓度对隔膜表面形貌的影响  31-33
    3.2.2 浓度对隔膜力学性能的影响  33-34
  3.3 纺丝电压的影响  34-37
    3.3.1 电压对隔膜表面形貌的影响  34-36
    3.3.2 电压对隔膜力学性能的影响  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 PVDF/SiO_2复合隔膜的制备及性能  38-53
  4.1 直接添加SiO_2制备PVDF/SiO_2复合隔膜  38-43
    4.1.1 直接添加SiO_2对隔膜表面形貌的影响  38-40
    4.1.2 直接添加SiO_2对隔膜力学性能的影响  40-42
    4.1.3 直接添加SiO_2对隔膜离子电导率的影响  42-43
  4.2 原位生成SiO_2制备PVDF/SiO_2复合隔膜  43-51
    4.2.1 原位生成SiO_2对隔膜表面形貌的影响  43-45
    4.2.2 原位生成SiO_2对隔膜热性能的影响  45-46
    4.2.3 原位生成SiO_2对隔膜力学性能的影响  46-47
    4.2.4 原位生成SiO_2对隔膜电化学性能的影响  47-50
    4.2.5 原位生成SiO_2对电池性能的影响  50-51
  4.3 本章小结  51-53
5 PVDF/TiO_2复合隔膜的制备及性能  53-67
  5.1 直接添加TiO_2制备PVDF/TiO_2复合隔膜  53-57
    5.1.1 直接添加TiO_2对隔膜表面形貌的影响  53-55
    5.1.2 直接添加TiO_2对隔膜力学性能的影响  55-56
    5.1.3 直接添加TiO_2对隔膜离子电导率的影响  56-57
  5.2 原位生成TiO_2制备PVDF/TiO_2复合隔膜  57-66
    5.2.1 原位生成TiO_2对隔膜表面形貌的影响  57-60
    5.2.2 原位生成TiO_2对隔膜热性能的影响  60
    5.2.3 原位生成TiO_2对隔膜力学性能的影响  60-61
    5.2.4 原位生成TiO_2对隔膜电化学性能的影响  61-65
    5.2.5 原位生成TiO_2对电池性能的影响  65-66
  5.3 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  73-74
致谢  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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