基于聚酯电纺膜的超电/锂电隔膜制备及性能研究

摘要

聚对苯二甲酸己二醇酯(PET)是多元醇与多元酸缩合而成，其分子链上含有大量的刚性苯环，且分子链具有高度的对称性，广泛应用于合成纤维和工程塑料。角蛋白是一种从动物毛发中提取出来的一种生物材料，具有可再生、绿色无污染的特性，其表面含有大量的极性基团，如-NH2、-OH等，能够提高隔膜与电解液的亲和力。 本文以PET聚酯为基体，利用静电纺丝技术，在聚酯纺丝液中加入羊毛角蛋白，得到共混的纳米纤维膜。之后进行改性，进一步提高了其宏观性能和电化学性能，使其符合电池隔膜的要求。同时制作了PVA/PET/PVA三明治结构复合电纺膜，并组装成电池初步测试了其理化性能与电化学性能。 1、利用戊二醛对聚酯/角蛋白共混膜进行交联改性，并组装成超级电容器进行电化学性能测试，交联后隔膜的强度增强，吸液率稍微下降。交联共混膜具有387℃的分解温度，且交联后超级电容器的循环性能由原来的800次提高到9000次，大大增加了其耐用性，循环后比电容保持率能达到88.42％。交联膜在各倍率下均具有对称的充放电曲线。 2、以PET为基体，在电纺膜两面静电纺PVA纳米纤维，制作了三明治结构的复合膜，并组装成锂离子电池测试了其电化学性能。复合膜的在0.2C下的首次放电容量为112mAh/g，能达到锰酸锂理论容量的75.6％。在0.5C下循环100次容量下降14％，循环性能稍微较差。3C电流密度下的放电容量为0.2C电流密度下的70.6％，倍率性能优于PP膜的59.8％。 3、用溶胶凝胶法对聚酯角蛋白共混电纺膜进行改性，大大增加了隔膜的热稳定性，在200℃下保温30min无收缩，保证了锂离子电池在高温下的安全运行。强度与未改性前相比增加了2.37倍，且对有机电解液有较高的亲和性，吸液率高达525％，其能够满足锂离子电池隔膜的宏观要求。并组装了纽扣型锂离子电池进行电化学测试，在0.2C下首次放电容量为111.4mAh/g，库伦效率94.4％，且在3C倍率下的容量为0.5C倍率下的80.89％，倍率性能优异。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1超级电容器介绍

1．1．1超级电容器的发展

1．1．2超级电容器的工作原理

1．2锂离子电池介绍

1．2．1锂离子电池的发展过程

1．2．2锂离子电池工作原理

1．3超级电容器隔膜

1．4锂离子电池隔膜

1．4．1商业聚烯烃隔膜的制备方法

1．4．2商业聚烯烃隔膜的表面改性

1．4．3静电纺丝法制备电池隔膜

1．4．4相转化法制备电池隔膜

1．5课题研究的目的及主要内容

1．5．1课题研究的主要目的

1．5．2课题研究的主要内容

第二章戊二醛交联角蛋白／聚酯电纺膜制备及性能研究

2．1引言

2．2实验部分

2．2．4隔膜的制备

2．2．5电极的制备

2．2．6电解液的制备

2．2．7超级电容器的组装

2．3性能测试

2．3．1 SEM测试

2．3．2傅里叶红外光谱测试(FTIR)

2．3．3热失重测试(TG)

2．3．4差热扫描量热测试(DSC)

2．3．5机械性能测试

2．3．6孔隙率测试

2．3．7接触角与吸液率测试

2．3．8循环伏安与阻抗测试

2．3．9充放电性能测试

2．4结果与分析

2．4．1 SEM分析

2．4．2傅里叶红外光谱分析(FTIR)

2．4．3热稳定性分析(TG)

2．4．4差热扫描量热分析(DSC)

2．4．5应力应变曲线

2．4．6孔隙率分析

2．4．7接触角与电解质吸收

2．4．8 CV曲线分析

2．4．9阻抗分析

2．4．10 PET-K与C-PET-K的循环性能

2．4．11 C-PET-K的倍率充放电性能

2．5结论

第三章PVA／PET／PVA复合膜制备及性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1药品部分

3．2．2 仪器部分

3．2．4锂离子电池正极的制备

3．2．5锂离子电池的组装

3．3性能测试

3．3．1 SEM测试

3．3．2吸液率测试

3．3．3热收缩性能测试

3．3．4应力应变测试

3．3．5离子电导率测试

3．3．6电池充放电性能测试

3．4结果与分析

3．4．1 SEM分析

3．4．2隔膜的吸液率

3．4．3应力应变曲线

3．4．4热收缩性能

3．4．5离子电导率

3．4．6首次充放电性能

3．4．7循环性能

3．4．8倍率性能

3．5结论

第四章SiO2改性角蛋白／聚酯电纺膜制备及性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1原料部分

4．2．2 仪器部分

4．2．3 PET-K-SiO2隔膜的制备

4．3性能测试

4．3．9接触角测试

4．3．10吸液率测试

4．3．11离子电导率测试

4．3．12电池充放电性能测试

4．4结果与分析

4．4．1 SEM与元素分布分析

4．4．2纤维直径分布分析

4．4．3傅里叶红外光谱分析(FTR)

4．4．4 X射线光电子能谱分析(XPS)

4．4．5差热扫描量热分析(DSC)

4．4．6热收缩性与热稳定性(TG)

4．4．7孔隙率分析

4．4．8应力应变曲线

4．4．9吸液率与接触角

4．4．10离子电导率

4．4．11充放电性能分析

4．4．12 PET-K-SiO2隔膜的倍率性能

4．4．13 PET-K-SiO2隔膜的循环性能

4．5结论

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

发表论文与参加科研情况

致谢