锂离子电池隔膜改性、聚合物电解质的制备及其性能研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１６０８００５國淡騎技大爹ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ＇ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ锂离子电池隔膜改性、聚合物电解质的制１＿ｍ备及其性能研宄ＩＩ李晓叶｜指导教师姓名：李小瑞教授杨晓武讲师学科名称：应用化学论文提交日期：２０１８年５月论文答辩日期：２０１８年６月学位授予单位：陕西科技大学ｍｗｒ剛ｈｍ—ｉ—ｊ—幽ｈｈｈｉ■鼸ＭＭ———

2、＿圓國申请工学硕士学位论文论文题目：锂离子电池隔膜改性、聚合物电解质的制备及其性能研究学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：化学与化工学院硕士生：李晓叶导师：李小瑞教授杨晓武讲师2018年5月StudyontheMembraneModificationofLithium-ionBatteriesandthePreparationandPropertiesofPolymerElectrolytesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartia

3、lFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByXiaoyeLiSupervisor:Professor:XiaoruiLi,XiaowuYangMay,2018锂离子电池隔膜改性、聚合物电解质的制备及其性能研究摘要隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，既能隔离电池的正负极直接接触避免内部短路，也可以为锂离子在正负极间的交换提供微孔通道，其性能决定了电池的界面结构、内阻、放电容量、循环使用寿命及安全性能等特性。目前商业化的锂离子电池隔膜大多数为聚烯烃

4、材料，但随着科技的进步，人们对大功率、便携式电子设备的要求越来越高，尤其是对大电流、高倍率放电、较高的耐热性以及良好的吸附电解液和保持电解液的能力等要求，聚烯烃类隔膜已经不能满足需求。因此，涂层改性隔膜以及聚合物电解质成为近几年锂离子电池隔膜研究的热点。本文主要以聚偏氟乙烯（PVDF）作为聚合物基体添加一定量的聚合物、无机纳米材料、氧化石墨烯以及导锂材料制备出了两种涂覆型多孔聚合物隔膜和一种固体电解质，并研究其电化学性质，具体工作如下：（1）为了解决PVDF单独成膜时的结晶度以及离子电导率不高的问题，将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）含量分

5、别为10%、20%、30%、35%、40%和10%的SiO2加入PVDF基体中共混搅拌，得到的乳液涂覆在聚烯烃隔膜表面制得多孔复合聚合物隔膜，结果表明PMMA的加入能够降低聚合物隔膜的结晶度，且当PMMA/PVDF比例为30%时，材料的孔隙率和吸液率达到最高分别为66.46%、146.53%，室温下的离子电导率为0.786mS/cm，电化学窗口为4.8V，在0.2C的倍率下充放电，首次放电比容量为2059.3mAh/g，100个循环之后比容量维持在900mAh/g，库伦效率为67.12%。（2）为了进一步提高多孔复合聚合物隔膜的离子电导

6、率和组装成的电池的电化学性能，在上一步制得的聚合物乳液中再分别添加1%、2%、3%、4%和5%的氧化石墨烯，研究表明当GO掺杂量为2%时，聚合物隔膜的吸液率、孔隙率达到最大分别为190.45%、74.79%，其离子电导率为1.232mS/cm、电化学窗口为5.07V，0.2IC倍率下，首次放电比容量达到2307.2mAh/g，循环100圈后放电比容量维持在1000mAh/g，库伦效率为76.33%。表明，氧化石墨烯的加入能够改善隔膜的电化学性能。（3）为了降低涂覆隔膜的厚度对锂离子穿梭造成的阻力，并进一步提高材料的导锂性能，将GO-PM

7、MA/PVDF共混得到的聚合物乳液中添加含量分别为5%、10%、15%、20%、25%的锂盐LiBOB得到自身导锂的聚合物电解质。结果显示当锂盐含量为20%时，材料的吸液率达到最大为204.19%，常温下测得其离子电导率为1.656mS/cm、电化学稳定窗口为5.19V，0.2C的倍率下测得，碳硅复合材料作为负极活性物质的聚合物电池的首次比容量为2300.8mAh/g，循环100圈之后电池的比容量稳定在1000mAh/g左右，首次库伦效率为78.04%。关键词：锂离子电池，聚合物隔膜，固体电解质，孔隙率，电化学性质IIStudyonth

8、eMembraneModificationofLithium-ionBatteriesandthePreparationandPropertiesofPolymerElectrolytesABSTRACTA