用于锂硫电池的聚烯烃隔膜改性研究

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1、硕士学位论文用于锂硫电池的聚烯烃隔膜改性研究RESEARCHOFTHEMODIFIEDPOLYOLEFINMEMBRANEFORLITHIUMSULFURBATTERIES白赟哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：544.6密级：公开工学硕士学位论文用于锂硫电池的聚烯烃隔膜改性研究硕士研究生：白赟导师：武俊伟副教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:544.6Adissertationsubmittedinp

2、artialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHOFTHEMODIFIEDPOLYOLEFINMEMBRANEFORLITHIUMSULFURBATTERIESCandidate：BaiYunSupervisor：AssociateProf.WuJunweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateof

3、Defence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要工业与信息化社会的蓬勃发展对储能材料提出了更高的要求。理论上锂硫电池的能量密度大约是2600Wh·kg-1，最高比容量高达1675mAh·g-1以上，远远超出目前已实用化的锂电体系。除此之外，硫具有原材料成本极低，环境友好等特点。因而锂硫电池成为了极具开发前景的储能材料。但是由于单质硫较差的导电性以及多硫化锂溶解穿梭等因素造成锂硫电池出现正极材料的活性物质利用率大幅下降、电池循环性能差的问题，限制了锂硫电池的商业化应用。对隔膜进行

4、改性，是一种非常有可能解决这一点的方法，并已经获得了大量研究人员的关注。本论文在一种聚烯烃隔膜的基础上设计制备出改性隔膜材料来提升锂硫电池电化学性能。主要研究内容和结果如下：在使用Nafion涂覆隔膜改性的基础上，进一步合成沸石对涂覆层进行掺杂。通过掺杂沸石形成了大量锂离子通道，减弱了Nafion对锂离子的阻挡造成的阻抗，使得循环性能有所提高，在几种不同比例掺杂中，1wt%沸石掺杂的Nafion隔膜的效果最好，在200圈后保有容量比Nafion隔膜高出12.27%。使用直接氧化法处理隔膜，在表面产生羧基基团对多硫化锂进行吸附，大幅降低了穿梭效应造成的容量损失。电池虽然首圈性能较低，在100圈

5、循环内性能比标准隔膜组装电池高，100圈后保有容量比标准隔膜高出了46.76%。但氧化隔膜处理后表面孔道增加，导致隔膜稳定性较差，随着反应的进行，负极区锂枝晶的生长导致隔膜穿刺破孔引起短路。在羧基改性隔膜基础上引入自组装改性层，利用其电子导通性对正极区产生活化效果，使得电池的容量上升，在100圈时OCM-[PDDA/PSS]-隔膜电池保有容量比羧基化隔膜高出15.68%。两种不同极性外层的自组装隔膜中，正电性隔膜的对锂离子传输造成了一定阻碍，抵消了活化效果，外层负电性对于电池更有利。关键词：锂硫电池；隔膜；表面改性；涂覆；自组装-I-AbstractAbstractComparedwitht

6、hetraditionallithiumionbattery,lithiumsulfurbatteryhasahigherenergydensityandspecificcapacity,whichclosetotherequirementofsociety.Theoretically,theenergydensityoflithiumsulfurismuchhigherthantraditionallithiumionbattery.Inaddition,sulfurhastheadvantagesoflowcost,non-toxic,andnopolluting,whichmakess

7、ulfurakindofenvironmentallyfriendlymaterials.Sothelithiumsulfurbatteryhasbecomeapromisingenergystoragematerial.Butwiththepoorconductivityandshuttleeffect,thebatterycycleperformanceispoor,whichlimitedthecomm