锂离子电池聚丙烯隔膜的表面改性及其性能研究

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1、工学硕士学位论文锂离子电池聚丙烯隔膜的表面改性及其性能研究SURFACEMODIFICATIONANDCHARACTERIZATIONOFPOLYPROPYLENESEPARATORINLITHIUM-IONBATTERY孙风鹤哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号:TM912.9学校代码:10213国际图书分类号:621.355密级:公开工学硕士学位论文锂离子电池聚丙烯隔膜的表面改性及其性能研究硕士研究生:孙风鹤导师:潘钦敏教授申请学位:工学硕士学科:化学工程与技术所在单位:化工学院答辩日期:2015年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TM912.9U.D.C:621.355DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSURFACEMODIFICATIONANDCHARACTERIZATIONOFPOLYPROPYLENESEPARATORINLITHIUM-IONBATTERYCandidate:SunFengheSuPPrvisor:Prof.PanQinminAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSPPciality:ChemicalEngineeri

3、ngandTechnologyAffiliation:SchoolofChemicalEngineeringandTechnologyDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要锂离子电池的聚丙烯(PP)隔膜具有化学性质稳定，耐腐蚀能力强，膜孔高温自闭合等特点。但聚丙烯隔膜耐热能力、吸液保液能力较差，孔隙不均，这严重影响锂离子电池的高倍率充放电特性和循环寿命，甚至是安全性能。为提高聚丙烯隔膜的耐热

4、性能、吸液保液性能，改善聚丙烯隔膜的孔隙分布状态，提高聚丙烯隔膜组装的锂离子电池的循环充放电性能、高倍率充放电性能，本文利用多巴胺(DA)氧化聚合生成聚多巴胺(PDA)过程中产生的超强粘附力，将SiO2纳米粒子、SiO2纳米管、SiO2空心球固定到PP隔膜上，制备了SiO2/PDA/PP复合膜，探究了不同复合隔膜的结构特点和电化学性能。结果表明，相比PP膜，SiO2纳米粒子/PDA/PP复合膜表现出更强的亲液性(平均接触角51.5±1°)、吸液保液性能和耐热性能。在548mA/g的电流密度下充放电循环100次，采用复合膜的LiCoO2/Li半电

5、池首次放电容量为160.8mAh/g(PP膜的为152.3mAh/g)、容量衰减率为43.4%(PP膜的为43.7%)，循环稳定性较好；在0.2C下，复合隔膜组装的半电池均表现出优异的充放电循环性能，在0.2C~1C下，复合隔膜组装的半电池具有较好的倍率性能，但在2C~8C下，电池高倍率充放电性能有待提高。SiO2纳米管/PDA/PP复合膜也表现出较强的亲液性能(复合膜平均接触角50.5±2°)、吸液保液能力，SiO2纳米管与多巴胺质量比为3:2和2:1时制备的复合膜耐热性能显著增强；在548mA/g的电流密度下充放电循环100次，采用复合膜的

6、半电池表现出较高的首次放电容量(158.1mAh/g)和较低的容量衰减率(35.1%)；在0.2C~2C倍率下，复合膜组装的半电池放电容量高于聚丙烯隔膜组装的半电池，但在2C~8C下，电池高倍率充放电性能有待提高。SiO2空心球/PDA/PP复合膜同样具有优良的耐热性能、亲液性能(复合膜平均接触角44.8±1°)、吸液保液性能。在548mA/g、1370mA/g、2192mA/g的电流密度下充放电循环100次，采用SiO2空心球/PDA/PP复合膜的半电池均表现出较高的首次放电容量和较好的循环稳定性；在0.2C~8C倍率条件下，SiO2空心球/

7、PDA/PP复合膜组装的半电池均表现比PP膜组装的半电池出更好的倍率性能。关键词：二氧化硅；聚多巴胺；隔膜；锂离子电池I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPolypropylene(PP)separatorusedintheLithium-ionbatteryhasstablechemicalproperty,corrosionresistanceanditstinyporeshaveself-closingfunctionwhentemperaturereachacertaindegree.Butpolypropylenesepa

8、ratorhasadisadvantageofpoorheatresistance,theporesofconventionalpolypropyle