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聚丙烯酸酯基复合固态电解质的结构设计、界面改性及电化学性能研究

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聚丙烯酸酯基复合固态电解质的结构设计、界面改性及电化学性能研...

作者：刘权垚江苏大学

学位级别：硕士

固态锂电池因具有高能量密度和高安全性的优点而被认为是最有希望取代液态锂离子电池的下一代电池发展方向之一。但固态电解质存在室温下离子电导率低、与电极界面接触差、抑制锂枝晶生长能力弱等问题,这些问题一直阻碍着固态锂电池的... 详细信息

固态锂电池因具有高能量密度和高安全性的优点而被认为是最有希望取代液态锂离子电池的下一代电池发展方向之一。但固态电解质存在室温下离子电导率低、与电极界面接触差、抑制锂枝晶生长能力弱等问题,这些问题一直阻碍着固态锂电池的发展。本文针对上述问题,以多孔聚乙烯膜(PE)为骨架,采用紫外光引发交联聚合法制备了刚柔并济的聚丙烯酸酯基复合固态电解质薄膜,并根据聚丙烯酸酯电解质的特点,提出电解质超薄化、电极/电解质界面集成及半固态化设计,以改善电极与电解质的界面结合,提高电池的倍率和循环稳定性。主要研究内容和成果包括:(1)采用紫外光引发交联聚合法制备了具有双层结构刚柔并济的聚醚丙烯酸酯(PEA)电解质膜(EM),研究了不同配方和工艺对电解质膜的电化学性能影响。研究发现:PEA电解质膜表面多孔,膜厚度约30μm,拉伸强度为53.7MPa,室温离子电导率为1.5×10S/cm,离子迁移数为0.81,电化学窗口为4.8 V。因为PEA电解质膜较厚且表面为多孔结构,与电极接触差,电池的循环性能不理想。NCM622/Li电池在0.5 C下循环150圈,比容量保持率为46%,在2 C下电池严重极化无法工作。(2)针对PEA固态电解质膜厚度大、表面疏松多孔,导致锂离子传输距离增加、锂离子不均匀沉积加重的问题,提出制备单层结构的超薄PEA固态电解质膜(UT-PEA)。研究发现:UT-PEA内部紧实致密,表面无孔洞;超薄工艺改善了界面接触,降低了电池的界面阻抗。骨架为具有收缩倾向的电解质提供了支撑,防止了孔洞产生,电解质的抗拉强度提高1倍;厚度仅10μm的电解质膜为离子传输提供更短路径,离子电导率虽为1.11×10S/cm,但离子电导提高了1倍达到218 m S,离子迁移数为0.93。此外,UT-PEA电解质膜表现出优于PEA EM的锂枝晶抑制能力,组成的NCM622/Li电池在0.5 C下循环150圈,比容量保持率为73%,在2 C下电池的比容量达到120 m Ah/g。(3)针对正极/电解质界面问题和聚合物聚合后收缩的问题,用粗糙的正极代替PE骨架起到支撑作用,在正极表面原位聚合了PEA电解质层(IEEM),研究原位聚合的集成结构与电池电化学性能的关系,并研究了正极原位聚合工艺对使用不同正极及不同负极电池的适用性。研究发现:电解质渗透入正极内部,粗糙正极抑制了电解质的收缩。NCM622/Li电池在0.5 C下循环200圈容量保持率为81%,在2 C下电池的比容量达131.2 m Ah/g,在4 C下循环5圈后在0.5 C下循环200圈比容量保持率依然达到80%,表现出良好的界面稳定性和循环性能。该正极原位聚合工艺对使用Li Co O、Li Fe PO正极及石墨、硅碳负极的电池同样具有较好的适用性。(4)针对PEA电解质易收缩特点及制备过程复杂耗时等问题,提出以丁二腈与乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯交联聚合形成聚丙烯酸酯/丁二腈复合半固态电解质膜(PASN),研究了不同配方和工艺对电解质膜的电化学性能影响。研究发现:电解质具有光滑的表面,离子电导率达1.5×10S/cm,锂离子迁移数为0.77,电化学窗口>5 V,对锂金属具有良好的电化学稳定性。NCM622/Li电池在0.5 C下循环200圈,比容量保持率为93%,循环600圈后容量保持率为55%,展现出良好的循环稳定性。

关键词：固态锂电池复合固态电解质聚丙烯酸酯界面改性半固态化

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

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高分子材料科学与工程 2017年第10期33卷 141-148页

作者：张照曹硕朱姝杨洋滕翠青余木火东华大学上海市轻质结构复合材料重点实验室上海201620 东华大学纤维材料改性国家重点实验室上海201620 上海飞机制造有限公司上海200436

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数... 详细信息

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。

关键词：纺织结构碳纤维聚醚醚酮热压成型界面改性层间剪切强度

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玄武岩纤维增强树脂基复合材料界面改性策略

化学进展 2020年第9期32卷 1307-1315页

作者：贾航乔越张玉孟庆鑫刘程蹇锡高大连理工大学化工学院高分子材料系大连116024

近年来,工业界和学术界都将注意力聚焦在可持续天然纤维复合材料的开发上。玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、隔热隔音、热振稳定性好、介电性能优异、绿色无污染及成本低等优点,玄武岩纤维增强树脂基复合材料凭借其优异... 详细信息

近年来,工业界和学术界都将注意力聚焦在可持续天然纤维复合材料的开发上。玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、隔热隔音、热振稳定性好、介电性能优异、绿色无污染及成本低等优点,玄武岩纤维增强树脂基复合材料凭借其优异的机械性能和可设计性被广泛地应用于飞行器、汽车、船舶、建筑、石油化工管道及风力发电机叶片等领域。然而,玄武岩纤维与聚合物基底间差的相容性导致玄武岩纤维增强树脂基复合材料存在诸多缺陷和不足。其中,界面强度不够高、界面相易被破坏的问题成为制约玄武岩纤维增强树脂基复合材料发展的瓶颈之一,因此许多玄武岩纤维增强树脂基复合材料研究工作集中在提高其界面结合能力上。本文介绍了玄武岩纤维增强树脂基复合材料的主要研究方向,以及几种常见的复合材料界面作用机理,并综述了近年来国内外关于玄武岩纤维增强树脂基复合材料界面增强改性方面的研究工作。

关键词：玄武岩纤维树脂基复合材料界面作用机理界面改性

冷等离子体处理对PET纤维/环氧复合材料界面改性的研究

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复合材料学报 2002年第4期19卷 25-28页

作者：秦伟张志谦黄玉东李敏锐哈尔滨工业大学应用化学系哈尔滨150001

采用冷等离子体技术对 PET纤维进行表面处理 ,并采用 ESCA对处理前后的纤维表面进行了分析。研究了冷等离子体处理工艺参数对 PET纤维 /环氧复合材料界面剪切强度、横向拉伸强度的影响。实验结果表明 :冷等离子体处理可以使 PET纤维表... 详细信息

采用冷等离子体技术对 PET纤维进行表面处理 ,并采用 ESCA对处理前后的纤维表面进行了分析。研究了冷等离子体处理工艺参数对 PET纤维 /环氧复合材料界面剪切强度、横向拉伸强度的影响。实验结果表明 :冷等离子体处理可以使 PET纤维表面的氧和氮的极性基团含量增加 ,从而改善其与树脂的浸润性 ,进而改善 PET纤维

关键词：冷等离子体处理 PET纤维界面改性涤纶纤维环氧复合材料表面处理

HIPS／CG-ATH纳米复合材料界面改性研究

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现代化工 2008年第9期28卷 54-56页

作者：崔文广高岩磊郭奋牟微石家庄学院化工学院河北石家庄050035 北京化工大学纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室北京100029

采用熔融共混法制备出了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/高抗冲聚苯乙烯接枝马来酸酐(MHIPS)/CG-ATH纳米复合材料,研究了MHIPS的加入量对复合材料阻燃性能和力学性能的影响,利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了纳米CG-ATH在HIPS基体中的分散... 详细信息

采用熔融共混法制备出了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/高抗冲聚苯乙烯接枝马来酸酐(MHIPS)/CG-ATH纳米复合材料,研究了MHIPS的加入量对复合材料阻燃性能和力学性能的影响,利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了纳米CG-ATH在HIPS基体中的分散性及其与HIPS基体间的界面粘接性。结果表明MHIPS的加入可以显著改善复合材料的阻燃性能和力学性能,并且有助于强化纳米CG-ATH在HIPS基体中的分散性及其与HIPS基体间的界面粘接性。

关键词：高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯接枝马来酸酐纳米CG—ATH 界面改性

亚麻纤维增强立构聚乳酸复合材料的制备及界面改性

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高分子材料科学与工程 2016年第8期32卷 109-114页

作者：李玉增杨革生明瑞豪李巧于敏敏张慧慧邵惠丽纤维材料改性国家重点实验室东华大学材料科学与工程学院上海201620 轻质结构复合材料上海市重点实验室(东华大学) 上海201620

采用熔融共混及注塑成型法制得立构聚乳酸(sc-PLA)及亚麻纤维/立构聚乳酸(Flax/sc-PLA)复合材料,并通过差示扫描量热分析、动态力学分析、热重分析、扫描电镜、维卡软化温度及力学性能测试等方法研究了亚麻纤维增强及偶联剂六亚甲基二... 详细信息

采用熔融共混及注塑成型法制得立构聚乳酸(sc-PLA)及亚麻纤维/立构聚乳酸(Flax/sc-PLA)复合材料,并通过差示扫描量热分析、动态力学分析、热重分析、扫描电镜、维卡软化温度及力学性能测试等方法研究了亚麻纤维增强及偶联剂六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)界面改性对Flax/sc-PLA复合材料结构与性能的影响。结果表明:亚麻纤维的加入可有效提高sc-PLA的立构结晶度、耐热性以及力学性能,Flax/sc-PLA复合材料的立构结晶度由17.3%提高到24.9%,维卡软化温度由161.1℃升至195.7℃,拉伸强度也从57.4 MPa提高到62.5 MPa。通过HMDI界面改性可有效改善复合材料的界面相容性,使复合材料的拉伸强度进一步提高到70.4 MPa。此外,HMDI改性还提高了复合材料的热稳定性,其初始降解温度和动态储能模量G'均比未改性复合材料显著提高。

关键词：立构聚乳酸亚麻纤维复合材料界面改性耐热性能力学性能

先驱体浸渍-裂解SiC界面改性涂层对气相渗硅3D-Cf/SiC复合材料力学性能的影响

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复合材料学报 2016年第6期33卷 1266-1273页

作者：刘荣军曹英斌龙宪海杨会永曹宇国防科学技术大学航天科学与工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

界面改性涂层对调节复合材料的力学性能起到重要作用。特别是在气相渗硅(GSI)制备C_f/SiC复合材料时,合适的界面改性涂层一方面保护C纤维不受Si反应侵蚀,另一方面调节C纤维和SiC基体的界面结合状况。通过在3D-C纤维预制件中制备先驱体浸... 详细信息

界面改性涂层对调节复合材料的力学性能起到重要作用。特别是在气相渗硅(GSI)制备C_f/SiC复合材料时,合适的界面改性涂层一方面保护C纤维不受Si反应侵蚀,另一方面调节C纤维和SiC基体的界面结合状况。通过在3D-C纤维预制件中制备先驱体浸渍-裂解(PIP)SiC涂层来进行界面改性,研究了PIP-SiC涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明:无涂层改性的GSI C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别为87.6 MPa、56.9GPa和2.1 MPa·m^(1/2)。具有PIP-SiC界面改性涂层的C_f/SiC复合材料力学性能得到改善,PIP-SiC涂层改性后,GSI C_f/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性随着PIP-SiC周期数的增加而降低,PIP-SiC为1个周期制备的GSI C_f/SiC复合材料的力学性能最高,其弯曲强度、弯曲模量、断裂韧性分别为185.2 MPa、91.1GPa和5.5 MPa·m^(1/2)。PIP-SiC界面改性涂层的作用机制主要体现在载荷传递和"阻挡"Si的侵蚀2个方面。

关键词：先驱体浸渍-裂解 SiC 界面改性气相渗硅 Cf/SiC

褐煤微波脱水过程中水分的迁移规律和界面改性研究

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煤炭学报 2014年第1期39卷 147-153页

作者：徐志强辛凡文涂亚楠中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

针对褐煤脱水能耗高、易复吸的难题,运用自制微波脱水系统,对蒙东褐煤进行5种不同功率和4种不同粒度的脱水实验。建立了褐煤微波脱水的数学模型并采用有限差分法求解,实验结果与模型计算结果吻合良好。采用扫描电镜(SEM)和低温氮吸附仪... 详细信息

针对褐煤脱水能耗高、易复吸的难题,运用自制微波脱水系统,对蒙东褐煤进行5种不同功率和4种不同粒度的脱水实验。建立了褐煤微波脱水的数学模型并采用有限差分法求解,实验结果与模型计算结果吻合良好。采用扫描电镜(SEM)和低温氮吸附仪测定脱水前后煤样的表面形态和孔隙结构。采用化学滴定法测定羧基和酚羟基官能团的变化。通过恒温恒湿复吸实验和热重分析确定煤样的复吸和自燃特性。发现微波脱水后褐煤复吸水分远低于热风干燥褐煤的19.87%,着火点也由原煤的275℃提高到295℃以上。说明微波脱水后褐煤的界面稳定性得到改善,不易复吸和自燃。

关键词：微波脱水水分迁移界面改性孔隙结构含氧官能团

基于碳纳米管界面改性的碳纤维复合材料抗γ辐射性能研究

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材料导报 2019年第24期33卷 4174-4180页

作者：闫民杰刘梁森陈莉刘丽研荆妙蕾徐志伟姜亚明傅宏俊天津工业大学纺织学院先进纺织复合材料教育部重点实验室

为研究碳纳米管(CNTs)界面改性对碳纤维/环氧复合材料(CF/EP)抗辐照性能的影响,采用电泳沉积法将CNTs引入到CF/EP界面区域(CF-CNTs/EP)中,然后分别对CF/EP和CF-CNTs/EP进行γ射线辐照处理(γ-CF/EP和γ-CF-CNTs/EP),并对复合材料的力学... 详细信息

为研究碳纳米管(CNTs)界面改性对碳纤维/环氧复合材料(CF/EP)抗辐照性能的影响,采用电泳沉积法将CNTs引入到CF/EP界面区域(CF-CNTs/EP)中,然后分别对CF/EP和CF-CNTs/EP进行γ射线辐照处理(γ-CF/EP和γ-CF-CNTs/EP),并对复合材料的力学性能、热学性能、耐疲劳性能和官能团变化等特性进行分析。结果表明:由于CNTs的存在,γ-CF-CNTs/EP的储能模量、玻璃化转变温度、弯曲强度和弯曲模量分别比γ-CF/EP高7.8GPa、4.53℃、280MPa和19.2GPa;γ-CF-CNTs/EP的耐疲劳性能优于γ-CF/EP;XPS测试发现γ-CF-CNTs/EP内部C-C键的含量急剧减少10.88%,C-N键和C-O键的含量分别增加5.97%和4.44%,而γ-CF/EP无明显变化。结合断面形貌分析和裂纹扩展模型,讨论了CNTs增强复合材料抗γ射线辐射的微观结构和增强机制。以上结果证实,CNTs界面区域改性可以有效提升CF/EP的抗辐射性能。

关键词：复合材料抗辐射碳纳米管界面改性碳纤维