改性介孔分子筛填充pvdf基锂离子电池膜的研究

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1、天津大学硕士学位论文改性介孔分子筛填充PVDF基锂离子电池膜的研究姓名：张丽早申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：张裕卿20090601中文摘要微孔型聚合物电解质膜具有较高的室温电导率和较好的热力学稳定性，同时可降低组装电池过程中对环境干燥程度的要求，是最有希望应用于锂离子电池的一类聚合物电解质膜。然而，传统的研究方法仍无法解决聚合物膜电导率同机械强度之间的矛盾。为了解决这一问题，我们对无机粒子添加的复合微孔型聚合物电解质膜进行了研究。本文通过分子筛添加的方法对锂离子电池用聚合物电解质膜进行了改性。首先根据溶胶．凝胶原理，实验室合成了介孔分子筛MCM．41，

2、并对其进行了表面酸化改性，在分子筛上负载了固体超强酸S042_／z旬2，制备出改性介孔分子筛MCM-41．SZ粒子。而后，本论文采用相转化法，以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体，丙酮为溶剂，将改性介孔分子筛添加到聚合物中制备了一种新型的锂离子电池聚合物电解质膜MCM：41．SZ／PvDF。实验对相转移法制备聚合物电解质膜的相关工艺进行了优化，确定采用干法相转化法制膜，’固液比为1：8，分子筛添加量为10％(wt．％PVDF)时，制备的聚合物膜性能最佳。聚合物电解质膜的性能测试显示聚合物电解质膜的性能得到了提高：聚合物膜的厚度在40um左右；孔隙率可达62％：机械

3、拉伸强度可达7．8MPa；吸液率可达161％。聚合物电解质膜组装成样品锂离子电池后，电池的电化学性能测试结果显示：电池的首次充放电效率可达92％，电池循环20次后，其充放电循环效率仍高达99．9％；电池循环20次后，其容量仍占电池初始容量的90％；电池电压充放电平台较平稳，保持在3．8V左右；聚合物电解质膜的本体电阻较小，为5．950hm，聚合物电解质膜的离子电导率能够达No．71×10一S／cm。与空白聚合物电解质膜相比，我们所制备的MCM．41．SZ／PVDF聚合物电解质膜的孔隙率、机械拉伸强度和膜的离子电导率都较高，组装成的样品锂离子电池充放电性能稳定，符合

4、商品化锂离子电池的要求。关键词：聚合物电解质MCM．41固体超强酸PVDF锂离子电池ABSTRACTMicro-porouspolymerelectrolytemembraneshavewideapplicationprospectinlithium-ionbatteries，duetotheirhighconductivityatroomtemperature，excellentthermodynamicstabilityandlowrequirementofenvironmentdryness．However,itisdi衔culttoobtainmembra

5、neswhichhavebothgoodconductivityandexcellentmechanicalprope啊．Inordertosolvethisproblem，inorganicparticlescanbedopedintomicro-porouspolymerelectrolytemembranes．Inthispaper,micro—porouspolymerelectrolytemembranesweremodifiedbyaddinginorganicparticles(molecularsieves)．First，modifiedmesop

6、oremolecularsieves(MCM-41-sz)weresynthesizedbyloadingsolidsuperacidS042‘／Zr02onMCM一41．ThennovelMCM·41一SZ／PVDFpolymerelectrolytemembraneswerepreparedbydopingMCM-41一SZintoPVDFviaphaseinversionmethod．Theoptimalpreparationconditionsofthepolymerelectrolytemembranesare：dryphaseinversionmeth

7、od；solid—liquidmolarratio，l：8；massratioofMCM-41．SZtoPVDF，10％．Measurementsofthepolymerelectrolytemembranesshowthatporosity,tensilestrengthandliquidabsorptionrateofmembraneshavebeenimproved．Resultswerelistedasfollows：thicknessofthemembraneisabout40Um，porosity62％，tensilestrength7．8MPaand

8、liqui