论文题目: 锂离子电池中聚合物电解质多孔膜的制备及其结构与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 高分子化学与物理
作者: 操建华
导师: 徐又一,朱宝库
关键词: 锂离子电池,聚合物电解质膜,萃取活化法,萃取,诱导相分离
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池的基础上发展起来的第二代可充电锂离子电池。它具有比能量高,电性能优良,不漏液,抗过充电,结构简单,可以制成任意形状的超薄形电池的特点,广泛的应用于电动汽车、移动通讯等场合,因此对聚合物电解质膜的需求也日渐增加。以偏氟乙烯均聚物和共聚物为基体的聚合物电解质体系,由于具有良好的综合性能,得到了众多研究者的关注。以往的研究主要集中在对其性能特别是用于电池的有关性能的研究,迄今对聚合物电解质膜的制备方法及其对膜结构和性能的影响的研究很少报道。本论文主要研究聚合物电解质膜的制备技术及其结构与性能的关系。 研究了浸没沉淀法制备聚合物电解质膜的各种影响因素,对于结晶性聚合物PVDF-HFP而言,存在固—液（S-L）相分离和液—液（L-L）相分离两种机理,通过浊度法对体系相平衡热力学进行研究,测定了制膜液体系的S-L相分离的结晶线。光透射法测试了不同制膜液体系和不同制膜条件下的相分离动力学过程,发现当改变制膜液体系或制备条件时,可使瞬时相分离向延时相分离转变,从而得到不同的膜结构。结合制备得到的膜结构可知,瞬时相分离得到的膜为致密皮层和指状大孔亚层结构,而延时相分离得到的膜为致密皮层和海绵状亚层结构。具有指状孔结构的膜采用电解质活化之后的电导率比海绵状孔结构的电导率高。 研究了PVDF-HFP中HFP含量变化对浸没沉淀法制备的聚合物多孔膜结构和性能的影响。当HFP的含量从0mol%,5mol%增加到12mol%时,聚合物膜的熔点从163℃,155℃下降到143℃,并且膜的结晶度也随着HFP含量的增大而减小;结晶度低有利于聚合物多孔膜对电解液的吸收和溶胀,因此聚合物中HFP的含量越高,得到的膜孔隙率、吸液率和电导率越大。 通过对浸没沉淀法制备聚合物多孔膜时溶剂/非溶剂对选择的研究发现:当DMAc、DMF、DMSO、NMP、TEP为溶剂,水为非溶剂时,这五种制膜液相分离所需要水的量为NMP>DMAc>DMF>TEP>DMSO;发生相分离的时间为DMF<DMAc<NMP<DMSO<TEP;采用TEP为溶剂时,得到海绵状结构的膜,而采用其它溶剂时得到致密皮层下面是指状大孔及海绵状孔结构的膜;PVDF-HFP膜的孔隙率、N2通量、吸液率与电导率按照DMF>DMAc>DMSO>NMP>TEP的顺序变化。当采用醇类为非溶剂、DMAc为溶剂时,发生相分离所需要非溶剂的量按照MeOH,EtOH,i-PrOH的顺
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 锂离子电池发展概况
1.2 聚合物锂离子电池
1.2.1 聚合物锂离子电池的发展
1.2.2 聚合物锂离子电池的工作原理
1.2.3 聚合物锂离子电池的制造工艺
1.3 聚合物电解质膜的研究
1.3.1 聚合物电解质膜的发展
1.3.2 聚合物电解质膜的分类
1.3.2.1 固体聚合物电解质
1.3.2.2 凝胶聚合物电解质
1.3.2.3 多孔聚合物电解质
1.3.3 聚合物电解质膜的制备方法
1.3.4 聚合物电解质的表征
1.3.5 聚合物电解质的离子导电模型
1.3.6 聚合物电解质膜的发展展望
第二章 课题的提出及研究内容
2.1 课题的提出及意义
2.2 研究方案与拟解决的关键科学问题
2.3 研究方案与内容
第三章 实验部分
3.1 实验原料与仪器
3.1.1 主要原料与试剂
3.1.2 实验仪器
3.2 聚合物多孔膜及电解质膜的制备
3.2.1 浸没沉淀法制备PVDF-HFP微孔膜
3.2.2 萃取—活化法制备PVDF-HFP微孔膜
3.2.3 超临界CO_2诱导法制备PVDF-HFP微孔膜
3.2.4 PVDF-HFP／PE复合膜的制备
3.2.5 电解质膜的制备
3.2.6 电极的制备
3.2.7 电池的组装
3.3 聚合物多孔膜的表征
3.3.1 浸没沉淀法中相图的测定
3.3.2 浸没沉淀法中光透射的测定
3.3.3 制膜液的粘度
3.3.4 膜的孔隙率测试
3.3.5 膜的曲率计算
3.3.6 膜的透气率测试
3.3.7 薄膜萃取后的收缩率测试
3.3.8 萃取效率
3.3.9 红外测试分析
3.3.10 膜形貌分析(SEM)
3.3.11 X—射线衍射分析(XRD)
3.3.12 膜的热性能测试(DSC，TGA)
3.3.13 膜的力学性能表征
3.4 聚合物电解质膜电化学性能表征
3.4.1 膜的吸液率测试
3.4.2 膜的电导率测试
3.4.3 电池循环性能测试
第四章 浸没沉淀法制备PVDF-HFP多孔聚合物电解质膜
4.1 引言
4.2 PVDF-HFP膜材料的性质
4.3 聚合物中HFP含量的影响
4.4 溶剂挥发时间的影响
4.5 聚合物浓度对膜结构和性能的影响
4.6 溶剂种类的影响
4.6.1 溶剂对铸膜液体系热力学和动力学的影响
4.6.2 溶剂对膜结构的影响
4.6.3 溶剂对膜结晶性质的影响
4.6.4 溶剂对膜电化学性质的影响
4.7 铸膜液组成的影响
4.7.1 添加剂的影响
4.7.2 铸膜液中添加非溶剂的影响
4.8 凝固浴组成的影响
4.8.1 非溶剂种类的影响
4.8.2 凝固浴中加溶剂的影响
4.9 凝固浴温度的影响
4.10 膜结构与导电性能的关系
4.11 本章小结
第五章 萃取—活化法制备PVDF-HFP多孔聚合物电解质膜
5.1 引言
5.2 萃取剂的影响
5.3 干燥方法的影响
5.4 超临界CO_2萃取的影响
5.4.1 萃取时间
5.4.2 萃取温度
5.4.3 萃取压力
5.5 不同萃取剂和萃取方法对膜结构和性质的影响
5.6 DBP的用量的影响
5.7 不同成孔剂的影响
5.7.1 PVDF-HFP膜结晶性
5.7.2 热稳定性分析
5.7.3 力学性能分析
5.8 PVDF-HFP电解质膜的导电性能
5.9 本章小结
第六章 PVDF-HFP／PE／PVDF-HFP复合膜的制备及其结构与性能的研究
6.1 引言
6.2 PVDF-HFP／PE／PVDF-HFP膜的物理性质
6.3 PVDF-HFP／PEPVDF-HFP复合膜的热性能
6.4 PVDF-HFP／PE／PVDF-HFP膜的电化学性质
6.5 本章小结
第七章 SCCO_2法制备PVDF-HFP电解质多孔膜的研究
7.1 引言
7.2 SCCO_2压力的影响
7.3 SCCO_2温度的影响
7.4 聚合物浓度的影响
7.5 溶剂种类的影响
7.6 SCCO_2成膜机理
7.7 PVDF-HFP膜的结晶性质的研究
7.8 PVDF-HFP微孔膜的导电性能
7.8.1 吸液率
7.8.2 电导率
7.9 本章小结
第八章 主要结论与创新
参考文献
发表文章与申请专利
致谢
发布时间: 2006-05-10
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