高性能锂离子电池用PVDF/TPU/PAN凝胶聚合物电解质的制备与研究

摘要

随着科技进步和社会发展，越来越多的不可再生资源被消耗，新能源的优越性使其成为当今时代的一大主题。作为新能源之首的锂离子电池因此得到了极大的关注，其主要的优点体现在：能量密度高、绿色环保、能量效率高、使用寿命长、可快速充放电、没有记忆效应以及自身放电小等。聚合物电解质作为锂离子电池的重要组成部分，对其的研究相比于电极的研究要缓慢很多，使其在很大程度上制约了电池的电化学性能。本文的目标是制备出拥有高的导电性和良好机械性能的凝胶聚合物电解质，进而组装成相应的扣式锂离子电池，讨论该凝胶聚合物锂离子电池的充放电和循环性能。研究工作主要从以下几个方面进行：
　　1.用静电纺丝技术制备PVDF/PAN，TPU/PAN和PVDF/TPU/PAN为基体的纤维薄膜。将这三种不同基体的纤维薄膜系统地进行物理性能表征。然后将薄膜放到1.0M LiPF6–EC/DMC电解液中进行活化，制备得到凝胶聚合物电解质。以PVDF/TPU/PAN为基的凝胶聚合物电解质的离子电导率为4.98×10-3S cm-1，组装成的扣式锂离子电池的首次放电比容量约为163.4mAh g-1。
　　2.基于前面的研究，通过对一系列不同浓度的PVDF/TPU/PAN溶液制备的凝胶聚合物电解质膜的电化学性能进行比较，确定最佳的溶液浓度。浓度为9％三元共混的PVDF/TPU/PAN凝胶聚合物电解质组装成的扣式锂离子电池综合性能最佳：首次放电比容量为165.4mAh g-1，经过50次循环后，容量衰减很少，放电比容量为158.3mAh g-1。
　　3.为了进一步改善PVDF/TPU/PAN为基的凝胶聚合物电解质的电化学性能，在溶液浓度确定的基础上，用静电纺丝技术制备一系列不同质量配比PVDF/TPU/PAN电纺纤维薄膜，将膜放到1.0M LiPF6–EC/DMC电解液中进行活化，制备得到聚合物电解质。PVDF/TPU/PAN(2/2/1)凝胶聚合物电解质的综合性能最佳：其离子电导率为6.91×10-3S cm-1，电化学稳定窗口高达5.7V。扣式锂离子电池的首次放电比容量为167.8mAh g-1，经过50次循环后，容量衰减很少，放电比容量为163.4mAh g-1。PVDF/TPU/PAN(2/2/1)电纺纤维薄膜抗拉伸强度为10.31MPa，断裂伸长率为102.51%。

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第1章 绪论

1.1锂离子电池概述

1.2 聚合物电解质

1.3静电纺丝的简述

1.4 本文的主要研究思想、内容以及创新性

第2章 实验部分

2.1 实验药品与仪器

2.2 电纺纤维薄膜的物理性能表征

2.3 电解质薄膜的电化学测试

第3章 PVDF/TPU/PAN共混型电纺纤维薄膜的制备与研究

3.1 引言

3.2 制备凝胶聚合物电解质

3.3 电纺纤维薄膜的结构与性能研究

3.4 本章小结

第4章 不同浓度PVDF/TPU/PAN凝胶聚合物电解质的制备与研究

4.1 引言

4.2 不同浓度的凝胶聚合物电解质的制备

4.3 不同浓度的PVDF/TPU/PAN凝胶聚合物电解质结构与性能研究

4.4 本章小结

第5章 不同配比PVDF/TPU/PAN凝胶聚合物电解质的制备与研究

5.1引言

5.2不同质量配比的凝胶聚合物电解质的制备

5.3 不同质量配比的凝胶聚合物电解质的结构与性能研究

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表的论文