纳米SiO_2/PVdF-HFP与PP无纺布复合锂离子电池隔膜的制备及性能研究

【摘要】随着电子产品和电动汽车等飞速发展，比容量高、质量轻、无记忆效应和绿色环保的锂离子电池开发也得到了越来越广泛的关注。锂离子电池隔膜作为锂离子电池的核心部件之一，对锂离子电池的性能、安全、寿命和成本等都有很大的影响。隔膜的研究和改善对锂离子电池整体性能的提高有着十分重要的意义。为了制备出离子电导率高、电化学性能稳定以及安全性能好的锂离子电池隔膜，本论文主要以聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）共聚物（PVdF-HFP）作为基体，添加无机纳米SiO2，涂覆在聚丙烯（PP）无纺布上，制备复合锂离子电池隔膜，通过纳米SiO2的改性、PP无纺布的等离子处理，研究对复合膜的物理和电化学性能影响，主要包括以下三个方面的内容：（1）利用含氟偶联剂十七氟癸基三甲氧基硅烷（(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetradecyl)trimethoxysilane,TSL-8233）改性纳米二氧化硅（SiO2），并将改性前后的SiO2分散在聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVdF-HFP）溶液中，采用浸涂法分别制备以PP无纺布为基底的锂离子电池复合隔膜，并研究纳米SiO2的含氟偶联剂改性对复合隔膜的物理和电化学性能影响。通过红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、透射电镜（TEM）对改性前后的纳米SiO2进行分析表征，结果表明TSL-8233可偶联到SiO2表面，并且其分散性能可以提高；通过扫描电子显微镜（SEM）、电化学工作站和蓝电电池循环测试系统对复合隔膜的表面形貌、热收缩率、离子电导率和电池充放电循环等性能进行了相关测试。结果表明：含氟偶联剂改性的SiO2能在PVDF-HFP中的均匀分散，添加改性纳米SiO2的复合隔膜在热稳定性、吸液率、离子电导率和电化学稳定性等方面都有很大的改善，吸液率达到280%，室温离子电导率为1.90×10-3Scm-1，放电比容量在循环100圈后仍稳定在144mAh/g以上。（2）采用了等离子处理方法对PP无纺布进行接枝改性，即将甲基丙烯酸-（2，2，3，3，4，4，5，5-八氟）戊酯（2,2,3,3,4,4,5,5-Octafluoropentylmethacrylate,OFPMA)单体接枝到PP无纺布表面。通过FT-IR、XPS等测试，证明了OFPMA可接枝到PP无纺布表面。分别以改性前后的PP无纺布为基底、表面涂覆PVdF-HFP/F127/SiO2混合液制备复合隔膜，通过它们的吸液率、离子电导率等进行测试分析，结果表明：等离子处理时间为10min时的效果最佳，此时复合隔膜（PHS-10）室温下吸液率达到290%，离子电导率为1.76×10-3S/cm。同时，其他测试也得到较满意的结果，PHS-10的热收缩性能和机械强度有明显的提高；在电池性能方面，以复合隔膜PHS-10组装成的电池与未等离子处理复合隔膜（PHS）、商用膜Celgard2400组装成的电池性能相比，表现出优异的电化学性能，PHS-10为隔膜组装的电池在循环100圈后的放电比容量高于150mAh/g，占其初始放电比容量155mAh/g的98%，具有很高的循环稳定性，同时以PHS-10为隔膜组装的电池经过大倍率放电后仍能稳定工作。（3）PP无纺布表面接枝OFPMA有效地提高了复合隔膜的性能，但因采用OFPMA提高了隔膜的价格。因此我们考虑丙烯酸替代OFPMA，PP无纺布进行表面接枝丙烯酸，达到提高隔膜性能同时，可降低隔膜的价格。静态接触角测试结果表明：丙烯酸接枝前后接触角由114°可降到15°，接枝的PP无纺布变为亲水性，与纳米SiO2/PVdF-HFP复合制备的隔膜也表现出高离子电导率，其值达1.69×10-3S/cm，倍率充放电及电池循环性能测试结果表明：等离子接枝处理10min时所制备的复合膜（PHS-A10）经过100圈的循环后，放电比容量几乎和最初几圈保持一致，在152mAh/g左右，是理论比容量（170mAh/g）的89.4%，表现出很好的循环稳定性能。
【作者】李晓菲；
【导师】张明祖；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】锂离子电池隔膜；PVdF-HFP；PP；无纺布；纳米；SiO2；等离子处理；

【参考文献】
[1]陈晓芳.音乐美的探索历程管窥[D].吉林大学,文艺学,2004,硕士.
[2]黄鑫.汽车催化转化器流场仿真分析研究[D].东北大学,机械设计及理论,2010,硕士.
[3]陈国祥.GaN纳米管和纳米带的结构稳定性及其电子性质的第一性原理研究[D].陕西师范大学,2011.
[4]张伟.基于DSP和FPGA的形态学骨架提取硬件实现技术研究[D].南京航空航天大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[5]唐猛.小型离网风力发电装置控制系统的设计与仿真[D].华北电力大学,机械工程（专业学位）,2012,硕士.
[6]金琳._IgA肾病不同病理病变的血管内皮生长因子表达[D].浙江大学,肾脏内科,2003,硕士.
[7]王文海.冠脉三支病变不同治疗策略的远期预后及与危险因素的关系[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[8]廖雯娟.英国高等女子学院发展研究（1869年至今）[D].湖南师范大学,教育史,2014,硕士.
[9]胡品慧,闫峰.多重滞后系统的预测控制[J].控制与决策,2004,11:1294-1297.
[10]耿炳辉.健身排舞在我国快速开展的原因探究[D].南京体育学院,体育教学（专业学位）,2013,硕士.
[11]刘臣.优化高中《经济生活》课程作业设计探究[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[12]李超.粤蓝链霉菌中丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因gra-orf7功能初探[D].塔里木大学,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[13]王文合.深圳公交都市建设中交通需求管理研究[D].大连海事大学,公共管理,2012,硕士.
[14]阎少光,庞贺伟.卫星环境工程数据库总体架构[J].航天器环境工程,2004,01:1-4.
[15]沈红梅.语文教学与思维训练[D].上海师范大学,学科教学论,2004,硕士.
[16]刘晓胜,熊四军,戚佳金.基于混沌跳频的电力线交织编码技术[J].电力系统自动化,2008,14:55-58+72.
[17]陈曦.基于二值量化混沌序列的DS-CDMA在多径传输信道下的性能分析[D].东北大学,通信与信息系统,2010,硕士.
[18]李波.基于VPN的天翼财务信息安全平台的设计与实现[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[19]王磊.Markov时滞跳变系统的鲁棒滤波[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[20]陆英,程芳.数据挖握与数据展现业务动态分析系统的方案构建[J].金融电子化,2004,06:52-53.
[21]段福楼.《海洋测绘》杂志激励我、伴随我成长[J].海洋测绘.2007(06)
[22]匡扶东.长时间控制感剥夺对次级控制的影响及其机制研究[D].华中师范大学,应用心理学,2014,硕士.
[23]王文进.FC分室石膏煅烧过程建模及优化控制研究[D].济南大学,控制理论与控制工程,2012,硕士.
[24]侯丽珊.RoughSets的属性约简算法研究及应用[D].山西大学,2003.
[25]王莉珺.基于问题解决的小学数学合情推理能力的研究[D].杭州师范大学,学科教学（专业学位）,2011,硕士.
[26]谢记科.汽车消费贷款保证保险合同实务问题研究[D].上海大学,法律,2013,硕士.
[27]李娟.《美国哀歌》的翻译实践报告（第四章）[D].内蒙古大学,翻译,2014,硕士.
[28]吕明明.纳米SiCp/TiCp增强纯铝基复合材料的拉伸与蠕变性能[D].吉林大学,材料加工工程,2014,硕士.
[29]吴越.硼对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织和性能的影响[D].郑州大学,材料加工工程,2013,硕士.
[30]方琨.弓形虫C-18、MIC11、PI等体内外差异表达基因对NF-κB信号通路的影响[D].华中农业大学,预防兽医学,2014,硕士.
[31]陆青华.个人储蓄性养老保险市场需求研究[D].上海工程技术大学,社会保障,2011,硕士.
[32]王海林.全介质自承式光缆风振特性的研究[D].苏州大学,机械电子工程,2013,硕士.
[33]任泳红,曹敏,唐建维,唐勇,张建侯.西双版纳季节雨林与橡胶多层林凋落物动态的比较研究[J].植物生态学报,1999,05:418-425.
[34]栗娜.NF-κB、MCP-1在糖尿病大鼠肾组织的表达及丹红注射液和二甲双胍的干预作用[D].河北医科大学,内科学,2014,硕士.
[35]黄波.基于云计算的医疗联合体信息化建设研究[D].北京交通大学,2014.
[36]郑丽英,王庆荣,刘丽艳.面向属性的粗集数据挖掘方法研究[J].兰州理工大学学报,2005,02:88-91.
[37]吴昊天.近距离煤层群下层回采巷道支护技术研究[D].内蒙古科技大学,矿业工程,2014,硕士.
[38]何增福.安全保障义务人的补充责任研究[D].云南民族大学,民商法,2014,硕士.
[39]陈岩.MS公司知识型员工非薪酬激励问题研究[D].广东财经大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[40]高抗.新生代农民工身份认同、自尊与偏差行为关系研究[D].沈阳师范大学,应用心理学,2013,硕士.
[41]刘宝峰.大同地区清代龙神信仰研究[D].山西师范大学,专门史,2014,硕士.
[42]张帆舸.深部巷道复合围岩变形特性与耦合控制技术研究[D].中国矿业大学,岩土工程,2014,硕士.
[43]王荣芳.水溶性量子点和量子点/分子筛纳米复合材料的制备及其应用研究[D].广西大学,化学工艺,2014,博士.
[44]郝维国.WTO框架下金融创新的知识产权保护[D].山西大学,经济法学,2004,硕士.
[45]董春霞.围手术期缺血性脑血管病[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[46]彭艳萍.从根本上治理花炮行业安全隐患之浅见[J].花炮科技与市场.2000(03)
[47]尚玉,张东.界面耦合力对石墨烯基导热复合材料热性能的影响[A].中国力学学会、西安交通大学.中国力学大会——2013论文摘要集[C].中国力学学会、西安交通大学:,2013:1.
[48]郭莹.硫酸盐还原条件下三氯乙烯的降解研究[D].合肥工业大学,环境工程,2014,硕士.
[49]王琦.半干旱地区沟垄微型集雨种植马铃薯生态效应研究[D].甘肃农业大学,作物栽培学与耕作学,2003,硕士.
[50]吕锦柏.基于永磁机构动态特性的真空断路器控制策略研究[D].北京交通大学,电气工程,2014,博士.