锂离子电池用PVDF-HFP基纳米复合聚合物电解质的研究

【摘要】摘要：与商品化的液态锂离子电池相比,聚合物锂离子电池具备较高的安全性、优越的外形设计灵活性以及更高的质量比能量,成为新一代锂离子二次电池研究的热点。开发性能优越的聚合物电解质作为制备高性能聚合物锂离子二次电池的有效途径,已受到广泛关注,其中,纳米复合聚合物电解质膜的研究成为开发高性能聚合物电解质重要方向之一。然而,由于纳米无机颗粒极易团聚,很难分散在聚合物电解质基体,团聚的纳米粒子丧失了纳米材料本身所具备的特性,其增强的聚合物电解质膜性能受到限制。因此,本论文从根据分散的一般策略,从抑制纳米颗粒团聚的角度设计合成可用来增强PVDF-HFP凝胶型聚合物电解质膜性能的纳米Ti02有机-无机复合体,并对纳米复合体合成制备工艺、聚合物复合电解质膜的结构与性能以及纳米粒子增强聚合物电解质膜电导机理展开了研究,并取得以下研究成果：1)为了克服纳米Ti02颗粒之间的团聚问题,利用原位聚合与结晶的方法成功合成了高分散的纳米TiO2-PMMA复合体,纳米TiO2颗粒表面通过偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷“键桥作用”,接枝了PMMA分子层,抑制了纳米Ti02团聚。2)以聚烯烃隔膜为支撑层,将原位合成的高分散纳米TiO2-PMMA复合体与PVDF-HFP复合,制备出以聚烯烃隔膜为支撑层的夹层复合聚合物电解质膜,并利用扫描电镜、线性扫描伏安法、交流阻抗测试、充放电电池测试等表征手段对复合电解质膜的结构与性能进行了研究。结果表明,在PVDF-HFP中添加高分散的纳米TiO2-PMMA复合体,可显著改善了PVDF-HFP聚合物电解质膜的电池性能,特别是倍率性能。提高纳米TiO：颗粒在PVDF-HFP聚合物复合电解质膜中的分散性,可有效提高复合电解质膜的离子电导率、电极相容性,从而起到增强聚合物复合电解质膜的电池性能的效果,其中,电极相容性的改善是聚合物电池倍率性能得到提高的主要原因。3)原位聚合与结晶的方法成功合成了单分散的纳米TiO2@Li+单离子导体(TiO2-PAALi-PMMA),利用合成过程的酸碱反应,降低了纳米Ti02分散能耗,有效提高了纳米Ti02分散效率,得到单分散的单离子导体DMF分散液。4)以PVDF-HFP静电纺丝膜为支撑层,利用相分离法制备了单离子导体TiO2@Li+/PVDF-HFP复合电解质膜,膜的厚度控制在45μm左右,复合电解质膜具备较好的机械强度、抗热收缩性能、电化学性能以及电池性能。其中,当复合层纳米单离子导体含量为50wt%时,复合膜的断裂强度达到39MPa,活化后的电解质膜离子电导率达到3.63×10-Scm-1,离子迁移数为0.52,倍率性能和循环性能相对于PE隔膜电池均得到改善。5)单分散的纳米TiO2@Li+单离子导体分散在PVDF-HFP聚合物电解质膜中存在“自组装”行为。复合电解质膜内部的纳米单离子导体向膜与电极接触的界面以及基体内膜孔内表面离析与富集,富集在电解质与电极界面的纳米粒子增强了电极与电解质的界面相容性,降低了界面电阻。富集在复合膜内孔隙的纳米粒子因双电层效应产生“快离子传导通道”,从而起到提高聚合物复合电解质膜离子电导率的效果。
【作者】曹江；
【导师】陈洪；何向明；王莉；
【作者基本信息】中南大学，材料科学与工程，2014，博士
【关键词】偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物；纳米二氧化钛；分散性；单离子导体；纳米复合电解质；静电纺丝；界面相容性；表面离析；

【参考文献】
[1]陈吉坤.航空数据链关键技术研究[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[2]张静.敏感元器件封装玻璃微铣削加工技术研究[D].哈尔滨工业大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[3]潘艳敏.信息不对称约束下税收征管问题研究[D].云南财经大学,税务,2014,硕士.
[4]荣卫鹏.EH-4大地电磁法在A盆地铀矿勘察中的应用研究[D].成都理工大学,固体地球物理,2013,硕士.
[5]陆清清.武汉城区两所寄宿制初中学生自主管理能力调查研究[D].华中师范大学,教育管理,2013,硕士.
[6]彭涛.水体中铅的浓度对南方鲇的生理生态学影响[D].西南大学,水生生物学,2013,硕士.
[7]蔡柳青.基于MongoDB的云监控设计与应用[D].北京交通大学,2011.
[8]闫禹.应用立方体工具计算频繁维谓词集的方法[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2004,04:271-274.
[9]吴修和.我厂效益是怎样取得的[J].福建金融.1989(03)
[10]李承德,袁立朴,洪峰凯,汪猛.工程问业——中国美术学院校园整体改造设计始末[J].建筑创作.2003(12)
[11]张夸.清初吴中遗民僧及其文学研究[D].西南大学,中国古代文学,2014,硕士.
[12]李志刚,吴文传,张伯明.消纳大规模风电的鲁棒区间经济调度(一)调度模式与数学模型[J].电力系统自动化,2014,20:33-39.
[13]王芳芳.任务可分活动网络协作计划模型及其协同混合进化算法[D].扬州大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[14]姜婷婷.台湾国小多元文化教育理念研究[D].吉林大学,课程与教学论,2013,硕士.
[15]郭丹,阚忠良.一个检测分布式攻击的入侵检测模型的设计[J].信息技术,2004,03:20-22+47.
[16]段琳.基于流媒体的视频质量评价模型[D].中山大学,软件工程,2014,硕士.
[17]楚亚杰.超越接入：中国城市日常生活场景中的网吧研究[D].复旦大学,广播电视学,2013,博士.
[18]李冠卿.基于模糊物元的客户需求知识挖掘方法研究[D].合肥工业大学,信息管理与信息系统,2013,硕士.
[19]杨巧.基于web2.0的SNS系统的设计与实现[D].湖南大学,软件工程,2011,硕士.
[20]丁春华.国际资本流动下我国银行体系稳定性研究[D].江西财经大学,金融学,2004,硕士.
[21]王轶讴.个性化网络信息检索系统的研究、设计与实现[D].大连理工大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[22]刘国安.家用猫便清理器的设计与研究[D].天津大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[23]石淑娜.河南省濮阳县产业结构升级转型研究[D].甘肃农业大学,区域经济学,2013,硕士.
[24]A.H.Harvey,严镇圣.模糊聚类分析在地层对比中的应用[J].石油地球物理勘探,1986,01:23-31.
[25]刘亚东,盛戈皞,孙旭日,高森,江秀臣.考虑线路实际运行状态的故障测距补偿方法[J].电力系统自动化,2012,13:92-96+115.
[26]安文斌.MA-ABE云存储访问控制策略研究[D].兰州理工大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[27]王蒙.碱式碳酸锌、氧化锌和硫化锌的表面络合性质研究[D].济南大学,无机化学,2012,硕士.
[28]查秉柱.中小型软件企业研发人员激励机制研究[D].浙江大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[29]王康.血清长链非编码RNAs作为伴乙肝肝癌早期诊断标记物的研究[D].第二军医大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[30]杜群阳1,邓丹青2.中国对非洲直接投资的空间分布及其影响因素研究[J].地理科学.
[31]周小宁.转基因食品的潜在风险与伦理探析[D].中共广东省委党校,马克思主义哲学,2013,硕士.
[32]李玉萍.LXI授时与同步模块研制[D].哈尔滨工业大学,仪器仪表工程,2014,硕士.
[33]雷婧.农业产业化进程中的政府职能研究[D].西北师范大学,公共管理,2013,硕士.
[34]王真.基于反馈控制与统计分析的结构损伤识别技术研究[D].华中科技大学,2007.
[35]韩禹.新农村建设中农村基层民主政治建设研究[D].山西师范大学,政治学理论,2014,硕士.
[36]罗刘敏.自动组卷系统的设计与实现[D].南京理工大学,计算机技术,2011,硕士.
[37]刘学,王先友,何培瑛,易兰花,刘子玲.Au/石墨烯的制备及其对硼氢化钠氧化的电催化性能[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[38]张媛媛.《百种神秘感觉》中亚裔女性的自我重塑研究[D].河北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[39]郭隆盼.锅炉运行手册翻译报告[D].山东财经大学,英语口译（专业学位）,2013,硕士.
[40]张道许.论刑法的溯及力[D].河南大学,刑法学,2004,硕士.
[41]马令.浅论完善当前人民调解制度的若干思考[D].中国社会科学院研究生院,法制史（专业学位）,2014,硕士.
[42]邱银锋,梁志珊,魏学良.有源电力滤波器电源电流直接控制改进方法[J].电力系统自动化,2012,24:79-83+88.
[43]陆胤.论实际履行原则[D].华东政法学院,经济法,2004,硕士.
[44]胡向敏.城市土地收购储备的理论基础与现行模式的比较研究[D].浙江大学,结构工程,2004,硕士.
[45]顾雅男.汉代乐舞百戏画像石研究[D].山西师范大学,戏剧戏曲学,2013,硕士.
[46]王鸿儒.高校艺体生英语写作错误分析[D].沈阳师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[47]杜培军,方涛,贠疆.国土资源信息化建设中有关数据问题的探讨[J].国土资源信息化,2002,03:24-27.
[48]楚昊舒.以英语为母语的留学生叹词习得情况考查及偏误分析[D].吉林大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[49]仝勋伟.码垛机器人动态特性分析及其优化[D].哈尔滨工业大学,机械工程,2014,硕士.
[50]谢晓清,周东华,金以慧.一种基于输入等价干扰自适应补偿的一般模型控制新方法及其实验研究[J].控制与决策,2000,03:274-277.