C/LLZO复合隔膜的磁控溅射制备及其对多硫化物抑制效应北大核心CSCD

通过磁控沉积技术在聚丙烯(PP)商业隔膜表面构建了碳/锆酸镧锂(C/LLZO)功能结构,以实现高效阻碍多硫化物扩散,提高电池比容量。本文对多层隔膜表观形貌、孔隙率、电解液亲和性和电化学性能等进行表征。研究结果表明:导电碳的引入改善了硫正极的绝缘缺陷,LLZO特有的结构也提高了锂离子电导率,同时磁控溅射方法有效避免了直接涂覆法带来的隔膜孔隙率大大降低等问题。C/LLZO双溅改性隔膜的离子电导率高达3.44 m S/cm,是商业隔膜(PP/Celgard2400,1.93m S/cm)的1.78倍;在0.2 C下首次充放电比容量达905.34 m Ah/g,200次循环后依然保持在780.06 m Ah/g,容量衰减率为每循环0.069%,优于商业隔膜的0.80%,显示出优异的循环稳定性。     

TiO_2改性PVDF锂离子电池隔膜的研究

静电纺丝制备聚偏氟乙烯(PVDF)锂离子电池隔膜电化学性能一般,可采用混纺增强其电化学性能。采用二氧化钛(TiO_2)与PVDF混纺,制得TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜,研究不同TiO_2的添加量对TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜性能的影响,考察其力学性质、离子电导率、放电比容量和循环性能。结果表明:在添加1.5%(wt,质量分数)TiO_2条件下,制得的TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜的孔隙率高达52.54%,吸液率403.70%,离子电导率4.2×10~(-4)S/cm;在0.5C条件下放电比容量为134.0mAh/g,循环25次条件下,TiO_2/PVDF锂离子电池隔膜的放电比容量仍有130.0mAh/g,放电比容量的波动小,循环稳定性好。     

熔融静电纺β-PVDF超细纤维隔膜的制备及性能

以熔融静电纺丝法制备锂离子电池用聚偏氟乙烯(PVDF)多孔超细纤维隔膜。对隔膜的物理性能、电化学性能以及组装电池性能等进行了测试分析。在静电场和温度的协同作用下,能够生成β相PVDF,促进电解质中锂盐的离子化。与商业隔膜Celgard 2400进行对比,熔融静电纺PVDF隔膜在130℃下受热0.5 h尺寸几乎无变化;孔隙率和吸液率高达83.99%和342.52%,离子电导率可达0.833 m S/cm。组装成半电池测试,初始放电比容量可达157.69 m A·h/g;0.5C下充放电100次后,容量保持率可达84.68%,优于商业隔膜的75.72%;在不同电流密度下测试,均能保持较稳定的放电比容量。     

熔融静电纺β-PVDF超细纤维隔膜的制备及性能EI北大核心CSCD

以熔融静电纺丝法制备锂离子电池用聚偏氟乙烯(PVDF)多孔超细纤维隔膜。对隔膜的物理性能、电化学性能以及组装电池性能等进行了测试分析。在静电场和温度的协同作用下,能够生成β相PVDF,促进电解质中锂盐的离子化。与商业隔膜Celgard 2400进行对比,熔融静电纺PVDF隔膜在130℃下受热0.5 h尺寸几乎无变化;孔隙率和吸液率高达83.99%和342.52%,离子电导率可达0.833 m S/cm。组装成半电池测试,初始放电比容量可达157.69 m A·h/g;0.5C下充放电100次后,容量保持率可达84.68%,优于商业隔膜的75.72%;在不同电流密度下测试,均能保持较稳定的放电比容量。     

聚酰亚胺嵌段聚乙二醇锂离子电池隔膜的制备及性能研究

采用低温缩聚-化学亚胺化法合成了聚酰亚胺-聚乙二醇嵌段共聚物(PI-b-PEG),并利用相转化法制备了具有高耐热性能和离子传输性能的PI-b-PEG锂电池隔膜.将其性能与PI隔膜和商业Celgard 2325 PP膜进行了对比考察.结果表明,PI和PI-b-PEG隔膜在200℃可以保持尺寸稳定,具有优异的耐热性能.与商业PP膜相比,PI和PI-b-PEG隔膜表现出更高的孔隙率、吸液率、锂离子迁移数和离子电导率.PI-b-PEG隔膜离子电导率相对PI提升显著,常温下达到1.912 2 mS/cm.PI-b-PEG隔膜所组装的电池表现出良好的循环稳定性,以1 C的电流密度进行充放电,100次循环后容量仍然可以保持在137.6 mA·h/g.同时,PI-b-PEG隔膜电池表现出更好的倍率性能.     

三维多孔碳纳米片PC/CNT夹层高性能锂硫电池

为了抑制多硫化物的溶解与扩散,改善锂硫电池的电化学性能,利用多孔碳纳米片(PC)与多壁碳纳米管(MWCNTs)复合形成新型三维多孔碳纳米片(PC/CNT)夹层来捕获可溶性多硫化物。其中,MWCNTs提供高效的导电通道并维持电极结构完整性;一维碳纳米管和二维多孔碳纳米片形成三维互联结构,有利于电/离子快速传输。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,PC/CNT夹层高性能锂硫电池在0.05C倍率下首次放电比容量达到1 311 m Ah/g,活性物质的利用率高达78.8%。在2C倍率下循环5次后,放电比容量仍然达到941 m Ah/g,是首次比容量的71.8%,且库伦效率仍然保持在96%,显示出良好的倍率和循环性能。     

静电纺丝制备锂离子电池用聚氨酯/有机硅复合隔膜

以聚氨酯与有机硅为原料,采用高压静电纺丝法制备了系列聚氨酯/有机硅复合纤维隔膜,通过傅里叶变换红外光谱及扫描电子显微镜等表征了纤维膜的结构、形貌与力学性能。结果表明,当有机硅加入量为10%时,纤维膜的拉伸强度达到10. 1 MPa,孔隙率为60. 9%,吸液率高达428. 7%,25℃离子电导率达到最佳值4. 5×10-3S/cm。以该隔膜组装成Li Fe PO4/Li电池测试,电流密度为0. 2 C时首次放电容量为152. 8 m A·h/g,1 C循环100次放电容量依旧能保持在135. 2m A·h/g,容量保持率为99. 2%,显示出较好的循环稳定性。     

锂氟电池用高倍率氟化多壁碳纳米管正极材料

研究了相同氟碳比的氟化石墨(F-graphtie)和氟化多壁碳纳米管(F-MWCNTs)的电化学性能。高纯石墨化多壁碳纳米管经氟化处理后,获得一种核壳结构的F-WMCNTs(氟碳原子比C/F=1∶1)。经TEM、XRD、XPS表征表明,F-WMCNTs外层被氟化,形成氟化碳结构,而内层依然保持原有的石墨结构。以此F-WMCNTs作正极活性材料组装成锂氟(Li/CF_x)一次电池。经电化学测试表明,在相同的放电倍率下,对比F-graphite电极(C/F=1∶1),F-WMCNTs电极能够有效提高Li/CF_x一次电池的放电容量和电压平台。大倍率(≥1 C)放电时,尤其明显。当放电倍率为0.05 C时,F-WMCNTs极和F-graphite电极比容量分别为822 m Ah/g和786.1 m Ah/g,F-WMCNTs电极放电容量比F-graphite电极提高4.5%。当放电倍率为2 C时,F-WMCNTs电极和F-graphite电极分别达到375.4 m Ah/g和283.7 m Ah/g,F-WMCNTs电极的放电比容量比F-graphite电极提高了32.2%。F-WMCNTs电极显示出优异的倍率性能。     

沸石/聚乙烯醇涂覆改性聚丙烯隔膜及其性能研究

为了改善商业聚丙烯(PP)隔膜与电解液浸润性差和热尺寸稳定性不佳的问题,采用浸涂法制备了沸石/聚乙烯醇涂覆PP隔膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、电池测试系统和电化学工作站等表征手段研究了改性隔膜的表面形貌、孔隙率、吸液率、热稳定性以及电化学性能,并与PP隔膜进行了性能对比。结果表明,改性后的PP隔膜孔隙率从38.4%提升到41.2%,吸液率从108.4%增加到181.1%,170 ℃下的热收缩率从58%降至23%。与PP隔膜相比,改性隔膜的循环性和稳定性得到了提高。界面阻抗从88 Ω降为61 Ω,离子电导率从0.58 mS/cm增加到0.75 mS/cm。沸石/聚乙烯醇涂层是改善PP隔膜电化学性能和热稳定性的有效方法,能够提高锂电池的循环性和安全性。     

PVDF基多孔态锂电池复合隔膜的热稳定性研究

以丙酮为溶剂,聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜物质,纳米SiO2为填料,采用流延法制备聚偏氟乙烯复合隔膜。TG-DSC测试结果表明,该隔膜在420℃急剧热失重,500℃时几乎反应完全。该隔膜在185℃时放热速率达到阈值0.05 K/min。SEM照片显示该隔膜平均孔径约为2μm,三维结构且孔隙率较高,有利于吸附电解液。由该隔膜制作的60 Ah锂离子电池内阻约为0.85Ω·cm2,制作的40 Ah单电芯55℃,3C放电,电池表面温升5.8℃;制作的14s-60 Ah的电池组循环500次,容量衰减16.2%。     

勃姆石纳米片增强锂离子电池隔膜性能研究

采用勃姆石涂覆改性聚烯烃隔膜可以提升锂离子电池的隔膜热稳定性和电解液润湿性。本工作通过简单的水热法合成了平均粒径约为150 nm的勃姆石纳米片, 并采用刮涂法涂覆在聚乙烯(Polyethylene, PE)隔膜表面。该涂覆隔膜的孔隙率达到46.6%、吸液率为138.9%、离子电导率为0.47 mS/cm和锂离子迁移数为0.42, 使得该隔膜组装的锂离子电池具有较好的循环稳定性, 在1C(1C=150 mA/g)的电流密度下循环100次后仍能保留93.7%的放电比容量。同时, 勃姆石纳米片涂覆的隔膜的孔结构分布均匀, 优化了锂离子传输通量, 抑制了锂枝晶。     

聚苯并咪唑改性联苯型聚酰亚胺电纺锂离子电池隔膜的热学及其电化学性能

为了改善商业隔膜孔隙率和吸液率不高、耐热性和热尺寸稳定性不佳的问题,通过选用聚苯并咪唑（PBI）预聚体对聚酰亚胺（PI）进行改性,采用高压静电纺丝法制备了质量比PBI∶PI=0.3∶1.0的复合纤维隔膜。研究了复合纤维隔膜的微观形貌、孔隙率、吸液率、热性能、电化学性能及电池性能,并将PBI∶PI=0.3∶1.0的复合纤维隔膜、PI纤维隔膜及聚丙烯（Celgard 2400,PP）隔膜进行了性能对比。结果表明,PBI∶PI=0.3∶1.0的PBI/PI复合纤维隔膜孔隙率达82%,吸液率达618%;在空气气氛中,300℃无尺寸收缩,在N₂气氛中,分解温度在400℃以上,800℃时残重大于50%;离子电导率达1.29×10^-3S/cm,较PP隔膜几乎提高了1个数量级;界面阻抗为489.34Ω,较PP隔膜降低了17%;电化学稳定窗口提高到5.05 V,为PP隔膜的119%;以PBI∶PI=0.3∶1.0的复合纤维隔膜组装的CR 2032型电池表现出优异的电池性能,经大电流放电后电池性能稳定,初始放电容量达130.01 mA·h/g,在1A/s循环10...     

香蒲活性炭用于锂硫电池正极材料

通过香蒲绒的热解和KOH活化制备香蒲活性炭。香蒲活性炭的BET比表面积和孔容积分别为1 913. 7 m~2/g和0. 893 cm~3/g,主要为孔径约2 nm的微、介孔。当其用于锂硫电池正极时,碳基质的微介孔可以高度分散和负载非导电性硫,并有效持硫、抑制多硫化物的扩散;同时孔壁可以较快地进行电子输运。因此硫/香蒲活性炭复合材料具有较好的循环性能和倍率容量,0. 12C下首次放电容量可达1 150. 1 m Ah/g,100次循环后比容量为663. 3 m Ah/g。不同倍率测试表明,复合电极均具有较好的循环稳定性,1C下可逆容量约600 m Ah/g。     

PET基陶瓷隔膜的制备及性能研究

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)为粘结剂, 用浸涂法在对苯二甲酸乙二醇酯(PET)隔膜上同时涂覆不同粒径的SiO₂和Al₂O₃, 使PET的大孔得到更有效的填充, 充分发挥了两种陶瓷及其粒径的各自优势。系统考察了SiO₂与Al₂O₃相对含量对陶瓷隔膜的表面形貌、孔隙率、吸液率、热稳定性、离子电导率和电化学阻抗谱(EIS)的影响。研究了SiO₂/Al₂O₃为3/7(wt%)的陶瓷隔膜组装成MCMB/LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂电池的电化学性能, 并与商业聚丙烯(PP)隔膜对比。结果表明: 该陶瓷隔膜具有更好的综合性能, 100次循环后的容量保持率为93.9%, 10C电流下仍具有82.7 mAh/g的容量, 优于商业PP隔膜。     

改性SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合膜的制备及电化学性能

利用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性纳米SiO2(简称KH570@SiO2),与聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)溶液混合,涂覆于聚丙烯(PP)无纺布上,制成KH570@SiO2/PVDF-HFP复合PP无纺布的锂离子电池隔膜。研究复合隔膜的物理性质,并分别与不含纳米SiO2的体系以及含未改性纳米SiO2的体系进行比较。通过扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、交流阻抗和充放电循环等测试,对复合隔膜的形态、力学性能和电化学性能等进行研究。结果表明,改性的纳米SiO2能够在复合隔膜中更好地分散,微孔更加均匀,而且复合隔膜的热性能和吸液率也有明显的提高。KH570@SiO2/PVDF-HFP/PP无纺布复合隔膜的离子电导率最高,可达1.5×10-3S/cm,组装的电池在0.2 C的充放电倍率下经过100次循环,放电比容量稳定,保持在146.6 mAh/g左右。     

玻璃纤维布/聚偏氟乙烯复合膜的制备与性能研究

通过在玻璃纤维布表面涂覆聚偏氟乙烯/硅烷偶联剂(PVDF/KH550)(质量比9∶1)粘接剂,将无机玻璃纤维与有机PVDF纤维进行复合,制得玻璃纤维/PVDF复合膜。将不同浓度(8%(wt,质量分数,下同)、10%、12%、14%)的涂覆液分别制备复合膜,表征复合膜表面形貌、抗拉强度、吸液率、孔隙率和离子电导率、电化学稳定性和锂电池放电比容量。对比得出最佳涂覆液浓度10%,此时抗拉强度为35.70MPa,吸液率为177.65%,孔隙率为45.07%,锂离子传导率为0.2mS/cm。首次放电比容量为136mAh/g,在5C下复合膜的放电比容量比商用隔膜Celgard 2400高出47.3%。     

石墨烯改善锂离子电池正极材料LiCoO_2电化学性能的研究

采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯和通过化学还原法还原氧化石墨制得石墨烯,及以石墨烯作为正极材料LiCoO2的导电剂,并研究它们对锂离子电池电化学性能的影响。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,石墨烯的表面褶皱使其能有效地包裹LiCoO2颗粒,形成面接触的导电界面,从而显著提高了导电性。充放电实验表明,石墨烯的加入有利于提高LiCoO2的电化学反应活性、放电容量和高倍率循环性能。相对于传统的炭黑,LiCoO2的放电容量在0.2 C下提高了10 m Ah/g。石墨烯/LiCoO2电池在1C倍率下,循环300次后,放电容量由145.0 m Ah/g衰减到137.8 m Ah/g,放电容量能保持初始容量的95.1%。石墨烯/LiCoO2电池在20 C倍率下的放电容量达到132.1 m Ah/g,是1 C放电容量的91.1%。     

聚偏氟乙烯/纳米二氧化硅/超高分子量聚乙烯锂电池复合隔膜的制备

通过静电喷涂技术成功制备出一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)锂电池复合隔膜。首先研究了纳米二氧化硅(SiO2)在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中的添加量对PVDF/SiO2共混溶液静电喷涂的影响,确定最佳喷涂条件。然后在UHMWPE膈膜上静电喷涂PVDF/SiO2微球,制备出PVDF/SiO2/UHMWPE复合隔膜。最后,对该复合隔膜的孔隙率、热稳定性、充放电性能进行测试。结果表明,该隔膜的孔隙率从46.5%提高到63.1%;纵向热收缩率从2.6%降低到1.3%;在0.2C充放电倍率下,首次放电比容量比相应的UHMWPE隔膜提高了32.5%,经过50次循环,放电比容量稳定,保持在155.7mAh/g左右。     

熔体mLLDPE静电纺纤维基锂电池隔膜的制备

采用熔体静电纺丝方法制备了茂金属线性低密度聚乙烯(mLLDPE)无纺纤维,并与聚偏氟乙烯(PVDF)溶液静电纺纳米纤维复合改性,成功制备出mLLDPE无纺纤维基锂电池隔膜。对该锂电池隔膜的孔隙率、热稳定性、充放电性能测试结果表明,该隔膜的孔隙率在54%~62%,首次放电比容量为70 mA·h/g,且循环稳定性良好,性能优于同等测试条件下的商业锂电池隔膜,可以应用于锂电池。     

聚苯硫醚无纺布基耐高温复合电池隔膜的制备与性能

采用耐高温工程塑料聚苯硫醚(PPS)制备的无纺布为基底膜,聚偏氟乙烯(PVDF)和Si O2纳米粒子为表面涂覆材料构建耐高温复合电池隔膜(记作PVDF@Si O2/PPS)。研究发现,与商业隔膜PP/PE/PP相比,隔膜PVDF@Si O2/PPS具有较高的离子电导率和放电比容量。这主要与复合隔膜较高的孔隙率、透气性、较强的电解液浸润能力及吸液能力有关。另外,热处理实验结果表明,PPS无纺布基复合隔膜具有较强的耐热性,在250℃仍可保持较高的尺寸稳定性。可见,采用PPS无纺布构建电池隔膜为高功率高安全锂离子电池的开发提供了可能。