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锂离子电池PVDF-HFP基凝胶聚合物电解质的制备及性能研究

文献类型:学位论文

作者郭鑫
答辩日期2021-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师朱永平 and 万伟华
关键词Pvdf-hfp,Ovaposs,凝胶聚合物电解质,相转化法,锂离子电池
英文摘要

锂离子电池因其高能量密度和稳定性而被广泛使用,但由于锂离子电池使用的液体电解质渗漏而造成的安全事故不断发生,所以开发不含液体电解液的电池成为研究热点。由此掀起了固体电解质的研究。但是固态电解质存在离子电导率低和界面阻抗大的问题,所以凝胶聚合物电解质由于具有无液态电解液和与液体电解质相近的室温离子电导率以及优良的可加工性的特点成为固体电解质可商用前的过渡研究而被广泛关注。本文使用聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物作为聚合物的基体材料来制备凝胶聚合物隔膜。PVDF-HFP是一种耐腐蚀和有高介电性的材料,其应用于凝胶聚合物电解质时能够促进锂盐解离并具有较好的化学稳定性。PVDF-HFP基凝胶聚合物电解质目前存在的主要问题是机械强度差和离子电导率达不到商用级别,所以采用相转化法制备一种多孔聚合物膜,提高其吸收电解液的能力进而提高其离子电导率。通过添加制孔剂和添加剂来进一步对隔膜进行改性,提高其离子电导率和机械强度以及热稳定性等性能。主要研究内容如下:(1)确定最优的溶剂溶质配比。采用质量比为1:5的PVDF-HFP和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂制备制膜液制备隔膜。此浓度下获得的隔膜综合机械强度、孔隙率和离子电导率具有最优的性能。采用这种配比进行全文的实验。(2)使用聚乙烯吡咯烷酮-K30(PVP-K30)作添加剂对隔膜进行改性。PVP的使用增大了隔膜内大孔通孔的数目,缩短了锂离子的传输路径,降低了隔膜的结晶度,增大了隔膜的机械强度。当PVP的添加量为10%时,制备的凝胶聚合物隔膜具有最大的离子电导率0.874×10-3 S·cm-1,机械强度达到24.76 MPa。(3)添加八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OVAPOSS)进行改性。对添加了PVP的凝胶聚合物隔膜进行OVAPOSS的掺杂来进一步改性以提高其耐温能力和离子电导率,增强其安全性和电化学性能。OVAPOSS的添加有效降低了制膜液的粘度,制得的隔膜孔隙率得到巨大的提升,而且OVAPOSS作为一种有机无机复合材料,与隔膜的相容性很好。OVAPOSS的添加对于隔膜耐温性能有巨大的提高,在160 ℃情况下收缩率在5%以下,仍具有一定的韧性和机械强度。OVAPOSS的添加量在5%时,离子电导率达到1.62×10-3 S·cm-1,电化学窗口在5.5 V以上。使用此隔膜制备的Li2CoO2 / Li半电池具有141 mAh·g-1的比容量,且在100圈1 C倍率下恒流充放电效率保持99%以上,容量保有率达到99.5%,具有优良的循环稳定性。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60860]  
推荐引用方式
GB/T 7714
郭鑫. 锂离子电池PVDF-HFP基凝胶聚合物电解质的制备及性能研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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