用于锂离子电池的阻燃型纤维素基复合气凝胶膜

以离子液体为溶剂，制备了纤维素水凝胶，进而通过“溶胶-凝胶”过程在纤维素凝胶中原位生成勃姆石(AlOOH)，并经超临界二氧化碳干燥制得了纤维素/AlOOH复合气凝胶膜.所形成的纳米纤维状AlOOH相互搭接形成了网络结构，使复合气凝胶膜的微观形貌更加致密、孔结构更加均匀.AlOOH的引入赋予了纤维素材料优异的阻燃性能.相对于高温易软化的商用聚丙烯隔膜，纤维素/AlOOH复合气凝胶膜在150℃下30 min无尺寸变化，具有更好的高温尺寸稳定性.纤维素/AlOOH复合气凝胶膜具有优异的电解液亲和性，吸液率为350%，离子电导率为3.1 mS/cm，以纤维素/AlOOH复合气凝胶膜组装的锂电池表现出了更好的电化学稳定性，并且经过100次循环测试后，容量保持率为90.2%，在4 C/4 C的高倍率充放电测试中放电比容量为80.7 mA h g~(-1)，均优于商用聚丙烯隔膜.由于同时具备了优异的耐高温与阻燃性能和良好的电化学性能，这类新型的纤维素基复合气凝胶膜在高性能锂离子电池领域具有潜在的应用.     

基于静电纺丝和静电喷射技术的P(VDF-HFP)/Al_2O_3/P(VDF-HFP)复合隔膜的制备与电化学性能分析（英文）

通过静电纺丝和静电喷射技术,将三氧化二铝(Al_2O_3)纳米颗粒沉积在两层聚四氟乙烯六氟丙烯[P(VDF-HFP)]静电纺丝隔膜之间,制备出了具有"三明治"结构的P(VDF-HFP)/Al_2O_3/P(VDF-HFP)复合锂离子电池隔膜.分析了隔膜的形态结构、热收缩性能、拉伸性能、电化学性能以及隔膜在电池中的循环性能.测试结果表明,该复合隔膜比纯P(Vd F-HFP)膜拥有更高的吸液率,隔膜更容易吸收电解液从而形成凝胶聚合物电解质(GPEs).该复合隔膜的拉伸强度在4 MPa左右,相对应的断裂伸长率为261.57%.复合隔膜在室温下的离子电导率为1.61×10~(-3)S/cm,且表现出了较高的电化学稳定性(电化学稳定窗口达到5.4 V).在电池的循环测试中,使用钴酸锂(LiCoCO_2)作为正极材料,由该复合隔膜组装的电池的首次放电比容量达到了理想的水平,为145 m A·h·g~(-1).     

基于静电纺丝和静电喷射技术的P(VDF-HFP)/Al2O3/P(VDF-HFP)复合隔膜的制备与电化学性能分析

通过静电纺丝和静电喷射技术, 将三氧化二铝(Al₂O₃)纳米颗粒沉积在两层聚四氟乙烯六氟丙烯[P(VDF-HFP)]静电纺丝隔膜之间, 制备出了具有“三明治”结构的P(VDF-HFP)/Al₂O₃/P(VDF-HFP)复合锂离子电池隔膜. 分析了隔膜的形态结构、 热收缩性能、 拉伸性能、 电化学性能以及隔膜在电池中的循环性能. 测试结果表明, 该复合隔膜比纯P(VdF-HFP)膜拥有更高的吸液率, 隔膜更容易吸收电解液从而形成凝胶聚合物电解质(GPEs). 该复合隔膜的拉伸强度在4 MPa左右, 相对应的断裂伸长率为261.57%. 复合隔膜在室温下的离子电导率为1.61×10^-3 S/cm, 且表现出了较高的电化学稳定性(电化学稳定窗口达到5.4 V). 在电池的循环测试中, 使用钴酸锂(LiCoCO₂)作为正极材料, 由该复合隔膜组装的电池的首次放电比容量达到了理想的水平, 为145 mA·h·g^-1.     

静电纺丝交联凝胶聚合物电解质的制备与表征

利用静电纺丝技术和傅-克烷基化反应制备了以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,聚苯乙烯-聚环氧乙烷-聚苯乙烯(PS-PEO-PS)三嵌段共聚物为添加剂的交联纳米纤维复合膜(e-CPMs).将e-CPMs浸泡电解液活化,即可得到交联凝胶聚合物电解质(e-CGPEs).通过改变PS-PEO-PS的含量(3%、5%、10%、20%)研究了PS-PEO-PS对e-CPMs热稳定性及e-CGPE电化学性能的影响.结果表明,e-CPMs的高温尺寸稳定性优于PVDF膜和商业化聚丙烯(PP)隔膜.当PS-PEO-PS的添加量达到5%时,e-CGPE 5%的室温离子电导率可达6.52 mS/cm.在2 C充放电,e-CGPE 5%放电比容量仍可达83.5 mAh/g.在0.1 C循环100次后,e-CGPE 5%的放电容量保持率高达99.7%.     

含水状态对细菌纤维素/聚苯胺复合凝胶膜制备及性能的影响

以不同含水量细菌纤维素为模板,苯胺单体为原料原位聚合生成聚苯胺,制备出不同含水量细菌纤维素/聚苯胺(HBC/PANI、LBC/PANI及DBC/PANI)复合凝胶膜,系统研究了细菌纤维素凝胶膜含水量和反应时间对苯胺原位聚合以及复合凝胶膜微观形貌、电学性能和力学性能的影响.扫描电镜照片表明聚苯胺均匀包覆在BC纤维上形成导电网络结构;四探针测试表明聚合时间90 min时导电率最高;低含水量加快了聚合反应速度,提高了复合凝胶膜的电导率,而完全干燥则使电导率降低;交流阻抗测试也表明低含水量可以明显提高材料的离子导电性;力学性能测试结果表明了BC/PANI复合凝胶膜具有良好的机械性能,抗拉强度可达0.21 MPa,同时低含水量不会降低复合凝胶膜的力学性能.     

纳米纤维素基多层级孔道结构碳气凝胶的制备及在锂电池中的应用

采用纳米精磨法对商品桉木浆进行纳米纤丝化处理,得到了高长径比、尺寸均一的纳米纤丝化纤维素(NFC),平均直径为230.10 nm,长度达数十微米.将其组装、干燥后制得具有大量介孔的纳米纤丝化纤维素气凝胶(NFCA).将NFCA在氮气氛围下高温碳化制得碳气凝胶(CNFA),或在氢氧化钾条件下辅助碳化制得具有多层级孔道结构的碳气凝胶(CNFA-A),在保留的碳气凝胶骨架结构上进行孔洞构建.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征及Nanomeasure统计分析,发现NFC的平均直径经碳化后减小到53.16 nm.利用X射线衍射(XRD)、BET比表面积测试和拉曼光谱揭示了碳化处理对纳米纤维素结构、比表面积、石墨化程度和缺陷的影响.结果表明,KOH辅助碳化处理后的碳气凝胶不仅保留了纤维素气凝胶前驱体的网络结构,还在其骨架上二次构建了更多的微孔和介孔,其比表面积高达488.92 m2/g,总孔容为0.404 cm3/g,所得的碳骨架被部分石墨化,具有良好的导电性.这类源于生物质的高比表面积碳气凝胶在被用作锂离子电池(LIB)负极材料时表现出优异的电化学性能,在电流密度1 A/g下连续充放电1000次后比容量达到409 m A·h/g,在电流密度高达20 A/g下,比容量还能维持在219 m A·h/g.     

新型锂电池用复合隔膜的制备及其电化学性能表征

利用浸渍法在聚丙烯微孔膜(Celgard2400)表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯(PEO),制备了新型锂电池用复合隔膜.采用交流阻抗法、扣式电池充放电等实验技术测试了复合隔膜的电化学性能.     

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.     

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.     

静电纺聚偏氟乙烯@硅藻土锂离子电池隔膜的制备及性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)和硅藻土为原料,通过静电纺丝法制备PVDF@硅藻土复合纤维膜,用于锂离子电池隔膜。 研究了隔膜的吸液率、热稳定性和电化学性能等。 添加硅藻土可有效提高复合膜的电解液吸收率和电化学性能,其中吸液率可达623.6%,相比于PVDF膜和聚丙烯(PP)膜具有优异的循环性能和倍率性能。     

耐高温核/壳结构TiO2/SiO2复合气凝胶的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为源, 采用苯胺-丙酮原位生成水溶胶-凝胶法, 在乙醇超临界干燥过程中用部分水解的钛醇盐和硅醇盐对TiO₂凝胶进行超临界修饰制备了具有核/壳纳米结构的块体TiO₂/SiO₂复合气凝胶. 制备的复合气凝胶具有优异的机械性能, 其杨氏模量可达4.5 MPa. 复合气凝胶同时具有极好的高温热稳定性. 经过1000 ℃热处理后, 线性收缩由纯TiO₂气凝胶的31%降至复合气凝胶的10%, 且比表面积由纯TiO₂气凝胶的31 m²·g^-1提升至复合气凝胶的143 m²·g^-1. 此外, 该复合气凝胶经1000 ℃热处理后具有优异的光催化降解亚甲基蓝的性能. 其优异的光催化性能得益于TiO₂/SiO₂复合气凝胶1000 ℃处理后高的比表面积和小的颗粒尺寸. 优良的耐热性能、力学性能和光催化性能使获得的具有核/壳纳米结构的TiO₂/SiO₂复合气凝胶在光催化领域具有良好的应用前景.     

锂离子电池有机/聚丙烯复合隔膜研究

以单向拉伸的PP隔膜为基膜,PVDF、PTFE、PEK-C、PES和PPSU等多种具有耐高温性能的聚合物为涂层材料,制备了有机/PP复合隔膜.对复合隔膜的形貌、透气性及热稳定性进行了研究,并考察了复合隔膜对电解液的电化学稳定性和电池循环性能的影响.研究发现,有机复合隔膜的透气性能略有降低,但热收缩性能有了明显的改善.电化学性能表明,复合隔膜在锂离子电池工作的电化学窗口性能稳定.电池循环性能发现,采用有机复合隔膜电池的放电容量普遍增加,倍率放电性能也优于使用PP隔膜的电池.     

高性能锂离子电池隔膜的结构设计及其制备与表征

设计并采用高压静电纺丝法制备了单层结构的聚偏氟乙烯(PVDF)/偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)纳米纤维膜及三层结构、二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合纳米纤维膜.复合膜的表面形貌、热物理性质和电化学性能通过扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热法(DSC)、高温尺寸收缩率、交流阻抗法进行了表征.单层结构的PVDF/PVDF-HFP纳米纤维膜的纤维表面光滑,平均纤维直径2μm,纤维分布较均匀,而PVDF与Al2O3复合后的纤维表面粗糙,平均纤维直径变小,结晶度降低,吸液率增大.二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合隔膜在170℃下受热1 h收缩率为3%.将3种结构的复合膜在1 mol/L Li PF6/(EC+DMC+DEC,1∶1∶1,W/W/W)电解质溶液中活化得到聚合物电解质.25℃时,二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合隔膜吸液率高达497 wt%,离子电导率可达5.04×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到4.62 V(Li/Li+).组装成Li Fe PO4/Li电池测试其电池性能,结果表明,二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合膜朝向锂负极时,电池的循环性能更好,且与锂金属负极具有更好的相容性和界面稳定性.     

钛离子掺杂对LiFe0.6Mn0.4PO4/C 电化学性能的影响

采用固相法合成了钛离子掺杂LiFe0.6Mn0.4PO4/C正极材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学测试,对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:钛离子掺杂未影响材料的晶型结构,但显著改善了材料的电化学性能;Li(Fe0.6Mn0.4)0.96Ti0.02PO4/C材料表现出优异的倍率性能,0.1C倍率下其比容量为160.3mAh.g-1;在10C倍率下,比容量为134.7mAh.g-1;特别是在20C高倍率下仍然具有124.4mAh.g-1的放电比容量.电化学交流阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)测试结果说明,通过钛离子掺杂导致材料阻抗和极化的减少是材料倍率性能改善的主要原因.     

序列式含芴季铵化聚芳醚砜阴离子交换膜的制备及交联改性

为得到具有高电导率和稳定性的阴离子交换膜,采用两步聚合法合成了含芴的序列式聚芳醚砜,经付克氯甲基化、季铵化及碱化制备了季铵化聚芳醚砜,并以脂肪族二胺(N,N,N′,N′-四甲基丙二胺(TMPDA)及N,N,N′,N′-四甲基己二胺(TMHDA))为交联剂,通过直接交联及后交联法分别制备了2类序列交联型阴离子交换膜.制得的膜材料离子交换容量为1.59~2.12 mmol/g,柔韧结实.与具有相似离子交换容量的非交联膜相比,交联膜的抗溶剂性能、尺寸稳定性、离子电导率等性能均得到了提高.交联膜在高温水中的水解稳定性、强碱性条件下的化学稳定性显著增强.探讨了直接浇铸交联处理及成膜后交联处理2种交联方式对膜性能的影响,结果表明,后交联处理可以有效避免浇膜过程凝胶的形成,而且膜的稳定性相对于未交联膜有大幅度提高.尤其以TMHDA为交联剂的后交联膜的各项性能均优于相应非交联膜,IEC为2.17 mmol/g的PCL-M(H)膜,在30°C时吸水率为99%,膜径向尺寸变化率为15%,电导率为23.8 mS/cm,90°C时电导率达到82 mS/cm,经过4 mol/L的NaOH溶液室温处理240 h后,离子电导率损失为7.6%,100°C水处理24 h后重量损失为5.1%,表现出较好的稳定性.     

轻质高强度C/Al2O3复合气凝胶的制备及表征

采用溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥工艺制备RF/Al2O3复合气凝胶,再经高温热处理过程得到轻质高强度C/Al2O3复合气凝胶,研究了不同热处理温度对气凝胶结构的影响,利用氮气吸附、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对气凝胶的结构和性能进行了分析并且测试了不同热处理温度样品的压缩强度。实验结果表明:C/Al2O3复合气凝胶具有均匀的三维网络结构且成块性好,随着热处理温度的升高,气凝胶比表面积和强度均先增大后减小,当1 400℃时,C/Al2O3复合气凝胶比表面积最高,为831 m2.g-1,压缩强度最大,为9.5 MPa。     

二硫化钼包覆聚丙烯隔膜在锂硫电池中的应用

采用水热法合成片层状二硫化钼(MoS2),不添加黏结剂,通过简单真空抽滤将MoS2包覆在聚丙烯微孔隔膜(Celgard)上,从而提高锂硫电池的性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积孔隙度及化学吸附分析仪(BET)对MoS2进行了形貌和物性测试,使用电化学工作站和电池测试系统对锂硫电池进行电化学性能表征,研究了MoS2包覆隔膜对锂硫电池穿梭效应的抑制效果。结果表明:MoS2包覆Celgard隔膜通过吸附多硫化锂和阻挡多硫化锂的穿梭,可以有效抑制锂硫电池的穿梭效应,在400mA/g电流密度下,首圈容量达到1 010mA·h/g,循环150圈后容量为432mA·h/g,性能明显优于使用空白商用Celgard隔膜的锂硫电池。     

热塑性聚氨酯基聚合物电解质的制备与表征

采用非溶剂诱导相转化法（NIPS）制备了热塑性聚氨酯/醋酸纤维素（TPU/CA）新型聚合物隔膜。然后,将隔膜浸入液体电解质中得到TPU/CA凝胶聚合物电解质（GPEs）。研究TPU与CA的质量比对GPEs性能的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重（TG）、差示扫描量热（DSC）、线性扫描伏安（LSV）、电化学阻抗（EIS）等对TPU/CA膜进行表征。结果表明,在共混隔膜中引入CA可以降低TPU的结晶度,增加隔膜的吸液率。其中,室温下TPU/CA = 7/3基电解质的离子电导率为1.04 mS·cm^-1,电化学窗口为5.1 V(vs. Li/Li⁺)。组装的电池LiFePO₄/TPU/CA/Li在0.5 C循环100次后,仍具有较高的放电比容量和较好的容量保持率,具有良好的循环稳定性。这些结果表明,这种新型的TPU/CA共混GPEs是锂离子电池的理想选择。     

高性能纤维素基复合锂离子电池隔膜研究进展

随着锂离子电池单体容量及模块容量的提高,电池的安全性问题愈发严峻.传统的聚烯烃隔膜尺寸耐热性能较差,因而迫切需要开发高安全性的锂离子电池隔膜.纤维素是一种热固性高分子材料,具有耐热性能优异的优点,而且其天然产量大,成本低,易于抄纸加工,特别适用于制造尺寸热稳定性好的新型锂离子动力电池隔膜.本文主要综述了近年来纤维素基锂离子电池隔膜的研究进展,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望.     

基于多孔黑色TiO_2涂层隔膜的锂硫电池性能探究

合成了多孔黑色二氧化钛(PB-TiO_2),并将其作为原料制备得到PB-TiO_2涂层隔膜(PB-TiO_2@PP),研究了隔膜对锂硫电池电化学性能的影响.电化学性能测试表明,PBTiO_2@PP隔膜能够大幅度提高电池的比容量、有效改善电池的倍率性能和循环稳定性.在1C倍率下,放电容量能够保持在882mAh/g.100次循环之后,容量仍能保持在780mAh/g,容量保持率接近90%.