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基于对喷静电纺技术制备CPVC/EVOH纳米纤维锂离子电池隔膜及性能研究

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目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池概述

1.3 聚合物锂离子电池

1.3.1 聚合物电解质

1.3.2 聚合物电解质的分类

1.3.3 微孔聚合物电解质的制备工艺

1.4 本课题的研究意义

1.5 本课题的研究思路和研究内容

第二章 CPVC纳米纤维电纺工艺研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料与设备

2.1.2 CPVC纺丝液的制备

2.1.3 CPVC纳米纤维的制备

2.1.4 测试与表征

2.2 结果与讨论

2.2.1 不同的溶剂配比对CPVC纳米纤维形貌的影响

2.2.2 纺丝液浓度对CPVC纳米纤维形貌的影响

2.2.3 接收距离对CPVC纳米纤维形貌的影响

2.2.4 纺丝电压对CPVC纳米纤维形貌的影响

2.2.5 进液速率对CPVC纳米纤维形貌的影响

2.3 本章小结

第三章 EVOH纳米纤维电纺工艺研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料与设备

3.1.2 EVOH纺丝液的制备

3.1.3 EVOH纳米纤维的制备

3.1.4 测试与表征

3.2 结果与讨论

3.2.1 纺丝液浓度对EVOH纳米纤维形貌的影响

3.2.2 接收距离对EVOH纳米纤维形貌的影响

3.2.3 纺丝电压对对EVOH纳米纤维形貌的影响

3.2.4 进液速率对对EVOH纳米纤维形貌的影响

3.3 本章小结

第四章 CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的制备与性能测试

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料和设备

4.1.2 纺丝液的制备

4.1.3 CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的制备

4.1.4 电极的制备

4.1.5 电池的组装

4.2 测试与表征

4.2.1 场发射扫描电镜(FE-SEM)测试

4.2.2 红外光谱分析

4.2.3 静态热机械分析

4.2.4 薄膜接触角测试

4.2.5 吸液性能测定

4.2.6 电导率的测定

4.2.7 电池容量及循环性能测定

4.3 结果与讨论

4.3.1 纳米纤维复合膜的形貌分析

4.3.2 红外光谱分析

4.3.3 TMA分析

4.3.4 水接触角测试

4.3.5 吸液率

4.3.6 离子电导率

4.3.7 电池充放电性能循环测试

4.4 本章小结

第五章 CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的热处理增强研究

5.1 实验部分

5.1.1 实验原料和设备

5.1.2 CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的制备

5.1.3 CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的热处理

5.1.4 电极的制备与电池的组装

5.2 测试与与表征

5.2.1 场发射扫描电镜(FE-SEM)测试

5.2.2 力学性能测试

5.2.3 差示扫描量热法(DSC)

5.2.4 吸液性能测定

5.2.5 透气性测试

5.2.6 电导率的测定

5.2.7 电池容量及循环性能测定

5.3 结果与讨论

5.3.1 热处理对纳米纤维复合膜的尺寸稳定性的影响

5.3.2 热处理对纳米纤维复合膜形貌的影响

5.3.3 热处理对纳米纤维复合膜力学性能的影响

5.3.4 热处理后纳米纤维复合膜的DSC分析

5.3.5 热处理对纳米纤维复合膜吸液率和透气性的影响

5.3.6 热处理对纳米纤维复合膜离子电导率的影响

5.3.7 热处理对电池循环性能的影响

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢

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摘要

锂离子电池被认为是在空间上和时间上可以存储和转换电能的比较理想的装置,生产和生活中对其需求不断增长,对能量密度、尺寸适应性、安全性能的要求也越来越高。使用聚合物电解质可以提高电池的能量密度和形状适应性,避免液态锂离子电池的漏液问题,提高电池的安全性。
   本文采用对喷静电纺丝技术制CPCPVC/EVOH纳米纤维聚合物电解质基体膜。通过扫描电镜分析其纤维形貌并优化了纺丝工艺,采用FT-IR、TMA、DSC、交流阻抗、实验电池循环等测试方法,系统地研究了CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的结构、热性能和电化学性能等,研究结果表明:
   利用对喷静电纺丝技术可成功制备CPVC/EVOH纳米纤维膜,其较佳工艺条件为CPVC纺丝液浓度为16 wt.%、混合溶剂DMF/THF体积比为3/1、接收距离为15 cm、纺丝电压26 kV、进液速率为0.2 ml/h; EVOH纺丝液浓度为18 wt.%、混合溶剂DMAc/异丙醇体积比为10/1、接收距离为18 cm、纺丝电压为29 kV、进液速率为0.4 ml/h。
   EVOH能有效改善CPVC/EVOH纳米纤维复合膜的亲水性和吸液率,进而提高其离子电导率,其离子电导率可达1.858*10-3 S/cm。由该复合膜组装的电池显示了良好的充放电性能,其首次充放电效率为95.6%,明显高于商业膜(89%),但该复合膜尺寸稳定性相对较差,充放电循环14次后,电池失效。
   针对CPVC/EVOH纳米纤维复合膜尺寸稳定性的不足,本文研究了热处理对该复合膜尺寸稳定性、亲液性能和电化学性能的影响。结果表明:100℃热处理后,该复合膜的吸液率和离子电导率略有下降,其尺寸稳定性和机械性能改善明显,由该复合膜组装的扣式电池显示了良好的充放电性能,其首次充放电效率为95.8%,电池充放电循环40次时,容量保持率为91.3%。

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