纳米SiO2/PVdF-HFP复合PP无纺布基锂离子电池隔膜的制备与性能研究

摘要

近年来，各类电子产品的飞速发展对锂离子电池提出了更高的需求。作为锂离子电池的核心部件之一，隔膜性能的研究和改善对锂离子电池性能的提高有着十分重要的意义。为了制备出一类高离子电导率、电化学性能稳定以及安全性能高的锂离子电池隔膜，本论文对纳米SiO2/PVdF-HFP复合PP无纺布基锂离子电池隔膜进行了研究。
　　 (1)利用γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性纳米SiO2（简称KH570@SiO2），然后与偏聚氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)溶液混合，制备KH570@SiO2/PVdF-HFP锂离子电池复合隔膜。研究发现添加了KH570@SiO2的隔膜的吸液率和离子电导率得到了明显的提高。
　　 (2)由于以无纺布作为基底材料，纳米SiO2/PVdF-HFP复合PP无纺布锂离子电池隔膜与纳米SiO2/PVdF-HFP隔膜相比拉伸强度提高了76％。当纳米SiO2添加量为PVdF-HFP质量的6%时，隔膜的孔隙较均匀，吸液率最高达到143.5%，离子电导率高达1.44×10-3S·cm-1，并且组装的电池电化学性能稳定，在0.2C的倍率下经过100圈的充放电循环后，充放电比容量保持在141mAh·g-1左右。
　　 (3)用改性的SiO2(KH570@SiO2)制备KH570@SiO2/PVdF-HFP复合PP无纺布的锂离子电池隔膜。研究发现，经过改性后的SiO2由于能够在隔膜中更好的分散，从而提高了吸液率、离子电导率等性能。通过充放电循环测试表明：其隔膜组装的电池，放电比容量高，电化学稳定性优异，经过100圈的充放电循环后放电比容量保持在146.6mAh·g-1。
　　 (4)对PP无纺布进行等离子处理后，PP无纺布的接触角由112.2°降到了64.8°，PP无纺布由疏水性变为亲水性，与纳米SiO2/PVdF-HFP混合体系复合制备的隔膜表现出优异的电化学稳定性以及高离子电导率。离子电导率高达1.75×10-3S·cm-1，组装的电池在100圈循环后放电比容量在149mAh·g-1左右，电化学稳定窗口在4.5V以上，比未经等离子处理的PP无纺布基复合膜的性能优异。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 化学电源的介绍

1.1.1 一次电池

1.1.2 二次电池

1.1.3 燃料电池

1.2 锂离子电池简介

1.2.1 锂离子电池与锂电池的差异

1.2.2 锂离子电池的工作原理

1.2.3 锂离子电池的组成

1.3 锂离子电池隔膜的介绍

1.3.1 锂离子电池隔膜的定义

1.3.2 锂离子电池隔膜的特性

1.3.3 锂离子电池隔膜的分类

1.3.4 商用锂离子电池隔膜的主要生产方法

1.4 锂离子电池隔膜的研究现状

1.4.1 聚烯烃隔膜的改性研究

1.4.2 聚合物电解质的改性研究

1.5 本论文研究的提出目的及意义

参考文献

第二章 改性纳米SiO2/PVdF-HFP锂离子电池隔膜的制备及性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 SiO2的偶联改性

2.2.3 复合膜的制备

2.2.4 性能测试及表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 改性SiO2的表征

2.3.2 表面形貌分析

2.3.3 改性SiO2对离子电导率和复合膜吸液率的影响

2.4 本章小结

参考文献

第三章 纳米SiO2/PVdF-HFP/复合PP无纺布基锂离子电池隔膜的制备及性能研究

3.1 前言

3.1.1 无纺布简介

3.1.2 无纺布型锂离子电池隔膜的研究

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 复合膜的制备

3.2.3 性能测试及表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 无纺布对隔膜强度的影响

3.3.2 表面形貌分析

3.3.3 不同含量纳米SiO2对复合膜热收缩性能的影响

3.3.4 不同含量纳米SiO2对复合膜吸液率的影响

3.3.5 不同含量纳米SiO2对隔膜离子电导率的影响

3.3.6 充放电循环性能

3.4 本章小结

参考文献

第四章 改性纳米SiO2/PVdF-HFP/复合PP无纺布基锂离子电池隔膜的制备及性能研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 SiO2的接枝改性

4.2.3 复合膜的制备

4.2.3 隔膜表征和性能测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 表面形貌分析

4.3.2 热收缩性能

4.3.3 吸液率和离子电导率

4.3.4 充放电循环性能

4.4 本章小结

参考文献

第五章 等离子处理PP无纺布对PVdF-HFP复合膜电化学性能影响的初步研究

5.1 前言

5.1.1 等离子技术的介绍

5.1.2 等离子处理技术在非织造布中的应用

5.2 实验部分

5.2.1 实验原料

5.2.2 PP无纺布的等离子处理

5.2.3 复合隔膜的制备

5.3.3 隔膜性能测试

5.3 结果与讨论

5.3.1 接触角分析

5.3.2 表面形貌分析

5.3.3 等离子处理对隔膜离子电导率的影响

5.3.4 电化学稳定窗口

5.3.5 充放电循环性能

5.3.6 倍率充放电稳定性分析

5.4 本章小结

参考文献

第六章 结论

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

攻读硕士期间申请的专利

致谢