锂离子电池PVDF-HFP隔膜的改性研究

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随着电子设备的大规模应用,锂离子电池作为主要的储能装置也越发重要。锂离子电池隔膜作为其重要组成部分对电池性能有着决定性的影响。如何解决商业聚烯烃隔膜材料的热稳定性差、穿刺强度低等问题是目前锂离子电池研究的热点方向。本文研究改进了具有较强热稳定性,较高机械强度的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)隔膜,得到了倍率性能高,循环稳定性强,使用寿命长等优点的高性能锂离子电池。研究内容包括如下几个方面:先对锂离子电池工作原理、分类与发展应用进行简要概述;介绍了隔膜对于锂离子电池的作用以及商业聚烯烃隔膜的主要特点。提出了本文的主要研究方向为基于PVDF-HFP聚合物制备出复合改性隔膜。接着研究对比了常用商业隔膜与PVDF-HFP聚合物隔膜的机械强度和电化学性能。得出PVDF-HFP聚合物隔膜的各项性能较为优秀与稳定的结论,指出了下一步的实验研究方向为在PVDF-HFP聚合物隔膜的基础上进行改性与优化,以达到更高的机械强度与电化学性能。通过向PVDF-HFP聚合物隔膜中添加氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)来实现对隔膜结晶度的调控,从而实现电池性能的提高。实验发现,质量分数1%的GO添加量能够有效降低复合隔膜的结晶度,提高吸液量,同时也能够提高隔膜的热稳定性和机械强度。使用优化改性后的复合PVDF-HFP/GO隔膜,电池能在10 C倍率下达到100.21 mAh g-1的放电容量,在0.5C倍率下达到161.17 mAh g-1的放电容量,循环200圈后的容量衰减仅为5%。本文通过在PVDF-HFP聚合物中添加GO制备的复合隔膜具有优良的电化学性能以及安全性能,对于锂离子电池隔膜的研究有一定的参考作用。
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