电纺法制备pvdf及其复合纤维膜用于锂离子电池隔膜研究

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1、国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：544.6密级：公开工程硕士学位论文电纺法制备PVDF及其复合纤维膜用于锂离子电池隔膜研究硕士研究生：张占磊导师：邱业君副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:544.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONOFPVDFANDITSCOMPOSITEFIB

2、ERMEMBRANESFORSEPARATORINLITHIUMIONBATTERYBYELECTROSPINNINGCandidate：ZhangZhanleiSupervisor：AssociateProf.QiuYejunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Confe

3、rring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要锂离子电池具有无记忆效应、能量密度高、工作电压高、使用寿命长及绿色环保无污染等优点，成为各类电子产品的主力电源。新能源汽车等的逐渐普及，为锂离子电池提供了广阔的发展空间，同时也对其提出了更高的要求，隔膜成为制约其快速发展的瓶颈。大电流快速充放电的动力电池要求隔膜具有较高的离子电导率、吸液率等性能，而采用传统方法制备的聚烯烃类隔膜孔隙率、吸液率较低，开发新一代的隔膜成为锂电材料研究中的重心。本文采用

4、静电纺丝方法制备了单一的聚偏氟乙烯(PVDF)以及PVDF与有机、无机等复合纳米纤维膜，并对其制备工艺和物理性能以及电化学性能等进行了研究。采用静电纺丝方法制备了单一的PVDF纳米纤维膜，对其制备工艺进行了优化。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射谱(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、交流阻抗、线性扫描伏安法、电池充放电等表征手段对纤维膜的形貌、结构、结晶度、离子电导率、及电池充放电等性能进行了测试。结果表明：浓度为20%溶剂为DMF/丙酮电纺制得的纤维膜离子电导率为-31.78×10S/cm，电化学稳定窗口4.

5、7V，能够满足锂离子电池的充放电要求，并且具有较高的工作电压和放电稳定性，但其库仑效率不稳定。鉴于单一PVDF纳米纤维膜的缺点，制备了PVDF-PMMA复合纤维膜，通过各种表征和测试手段，最终确定了20%PVDF-PMMA(6/4)的纳米纤维膜具有最佳的性能：其孔隙率高达71%、吸液率为350%，离子电导率为-35.90×10S/cm、电化学稳定窗口高达5.5V，用其组装的扣式半电池在0.5C放电条件下放电比容量高达124.5mAh/g，而相同条件下采用PP/PE/PP膜组装的扣式电池放电容量仅为100mAh/g，并且

6、其库仑效率十分稳定。表面涂覆二氧化硅溶胶后，其在200℃下热收缩率低于5%，具有较好的尺寸稳定性。制备了PVDF-B2O3有机无机复合纳米纤维膜以及采用同轴技术和交替纺丝的工艺尝试性制备了具有芯壳结构的PVDF(丙酮/DMF)/PVDF（丙酮）及其具有三明治结构的PVDF-HFP/PVDF-B2O3/PVDF-HFP复合纳米纤维膜，并对其进行了初步的研究。结果表明：PVDF-B2O3纳米纤维膜具有较好的库仑效率稳定性，基本为100%，但其容量衰减较快；具有三明治结构的三层复合膜在10C倍率下仍能表现出较好的电池循环性能

7、。0.5C倍率下首次放电比容量可以达到127mAh/g。关键词：聚偏氟乙烯；隔膜；静电纺丝；纳米纤维；锂离子电池-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThelithiumionbatteryhasbecomethemainpowersupplyinallkindsofelectronicproductsforitsnomemoryeffect,highenergydensity,highworkingvoltage,longuselifeandmanyotheradvantages.Thegrowingp

8、opularityofthenewenergyvehiclesprovidesawiderspaceforthedevelopmentoflithiumionbatteries.Butatthesametimeitalsoraiseshigherrequeststolithiumionbatteries,andseparatorb