电纺EVOH磺酸锂/PU复合型聚合物电解质的研究

摘要

聚合物型锂离子电池由于其优良的电化学性能及小型化、薄型化等优点成为锂离子电池研究的热点，聚合物电解质作为聚合物型锂离子电池的核心部件，其性能的好坏对电池性能的优劣起到了决定性的作用。目前研究较多的是吸液率较高、保液性较好的多孔型聚合物电解质，而制备多孔薄膜较理想的方法是高压静电纺丝法，但由于高压静电纺丝法制备的薄膜力学性能较差，限制了其实际应用。
　　EVOH-SO3Li作为聚合物电解质在锂离子迁移过程中可以提供锂离子，提高电池的锂离子迁移数，缩短充电时间，同时可以增强聚合物电解质与电极之间的界面稳定性。本文首先合成了EVOH-SO3Li，再将EVOH-SO3Li纺丝液与封端型聚氨酯预聚体(PUR)共混，利用高压静电纺丝法制备双组份复合膜。引入PUR的目的是利用其聚合反应，形成EVOH-SO3Li/PU半互穿网络，改善高压静电纺丝薄膜的力学性能。
　　首先探讨高压静电纺丝各项参数对EVOH-SO3Li薄膜纤维形貌的影响。利用扫描电镜(SEM)对薄膜微观形貌进行表征。得到了EVOH-SO3Li体系的最佳静电纺丝条件:EVOH-SO3Li纺丝液浓度40wt％、接收距离20cm、工作电压20kV、流量0.3ml/h。
　　向EVOH-SO3Li纺丝液中加入PUR，在EVOH-SO3Li的最佳纺丝条件下进行静电纺丝，将无纺布薄膜置于一定温度条件下，进行解封聚合得到EVOH-SO3Li/PU复合膜，利用力学性能测试及SEM进行表征，以确定PUR的加入量对复合薄膜力学性能及微观结构的影响。结果表明，随着PUR加入量的增加，薄膜的拉伸强度提高，当PUR的加入量为6wt％时，复合薄膜的力学性能较好，微观形貌清晰，纤维直径细且分布均匀，随着PUR加入量的继续增加，有纤维直径增加、孔隙率下降的趋势。
　　对上述两种复合薄膜进行红外测试(FTIR)、SEM、力学性能和电化学性能测试后，结果表明，PUR加入量为6wt％的EVOH-SO3Li/PU复合膜与EVOH-SO3Li薄膜相比，薄膜的拉伸强度由EVOH-SO3Li的4.1MPa提高到10.3MPa;孔隙率由67％降低到66％，但吸液率由393％提高到427％;离子电导率由0.20×10-3s/cm提高到0.44×10-3s/cm;锂离子迁移数由0.73升高到0.74，目前已有的聚合物电解质体系的锂离子迁移数小于0.5;循环充放电测试表明，100个循环后，电池的比容量保持有初始比容量的98％以上。
　　结果表明，PUR的加入有效地增加了静电纺丝薄膜的力学性能、吸液率、离子电导率，锂离子迁移数略有增加，循环性能良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 锂离子电池简介

1．2．1 锂离子电池的组成

1．2．2 锂离子电池的工作原理

1．3 锂离子电池隔膜

1．3．1 锂离子电池隔膜的研究进展

1．3．2 隔膜的要求及技术指标

1．3．3 隔膜的分类

1．3．4 隔膜的制备方法

1．3．5 静电纺丝隔膜改性方法

1．4 本课题的研究内容

第2章 实验部分

2．1 原料与设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备与测试仪器

2．2 实验内容

2．2．1 EVOH-SO3Li的合成

2．2．2 静电纺丝法制备EVOH-SO3Li薄膜

2．2．3 PUR的封端

2．2．4 EVOH-SO3Li／PU纺丝液的合成

2．2．5 静电纺丝法制备EVOH-SO3Li／PU复合膜

2．3 测试及表征

2．3．1 红外光谱

2．3．2 扫描电镜

2．3．3 孔隙率与吸液率

2．3．4 力学性能测试

2．3．5 化学稳定性测试

2．3．6 电化学性能测试

2．4 本章小结

第3章 电纺工艺的确定

3．1 EVOH-SO3Li的合成原理

3．2 红外光谱分析

3．3 纺丝工艺参数

3．3．1 纺丝电压

3．3．2 纺丝液浓度

3．3．3 接收距离

3．3．4 推进速度

3．4 本章小结

第4章 EVOH-SO3Li／PU复合膜性能分析

4．1 PUR的封端与解封机理

4．2 测试与结果分析

4．2．1 红外分析

4．2．2 力学性能分析

4．2．3 SEM分析

4．2．4 化学稳定性分析

4．2．5 自关闭性能分析

4．2．6 吸液率与孔隙率

4．2．7 电化学稳定窗口

4．2．8 离子电导率测试

4．2．9 锂离子迁移数测试

4．2．10 循环充放电次数

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢