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Preparation and Properties of Modified Nanofiber Membrane for Lithium Sulfur Battery

Preparation and Properties of Modified Nanofiber Membrane fo...

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作者： Eya Ben Ticha 天津工业大学

学位级别：硕士

锂硫电池具有较高的理论比容量和能量密度,分别达到1675 mAh/g和2600 Wh/kg,具有原料来源广,无毒无害,成本低的优点,受到越来越多的学者的关注。作为电池的重要元素之一,电池隔膜主要起到将电池的正极和负极分开,并避免了电池的短路。目... 详细信息

锂硫电池具有较高的理论比容量和能量密度,分别达到1675 mAh/g和2600 Wh/kg,具有原料来源广,无毒无害,成本低的优点,受到越来越多的学者的关注。作为电池的重要元素之一,电池隔膜主要起到将电池的正极和负极分开,并避免了电池的短路。目前,商业锂电池隔膜仍主要基于聚烯烃膜。然而,这样的隔膜具有差的电解液润湿性和保液性,以及差的热尺寸稳定性,并且可能导致电池短路甚至爆炸。特别地,难以抑制锂硫电池多硫化物的“穿梭效应”。因此,近年来,开发出具有高孔隙率,优异的电解质润湿性和高温稳定性的新型电池隔膜已成为锂硫电池领域的研究重点。电纺pmia纳米纤维膜由于其优异的耐高温性,高比表面积和机械强度,已成为目前最具研究潜力的新型锂硫电池隔膜。然而,由于低亲液性和保液性,自放电严重,严重阻碍了其进一步发展。因此,为了改善此类问题并更好地改善电化学性能,本主题主要在两个方面的研究:(1)以高性能的pmia为基材,通过静电纺丝技术制备了SiO-fco-doped pmia复合凝胶化隔膜。f掺杂的pmia膜与SiO-f共掺杂的pmia膜相结合,使所设计的功能隔膜具有极高的电解质吸收能力,并保留了出色的热稳定性和良好的耐收缩性,并有效地通过物理限域和化学吸附限制多硫化物的穿梭效应。使运用所制备的隔膜所组装的Li-S电池在1274.8 mAhg-1时具有出色的初始放电容量,并具有出色的循环稳定性,在0.5 C倍率下,所组装电池经过600次循环后具有出色的容量保持率814.8 mAhg-1和库仑效率98.42%。(2)利用静电纺丝技术制备含MOfs氟共掺杂芳纶纳米纤维膜,采用SEM、XRD和fTIR等表征了其微观结构,并考察了MOfs含量对纤维膜力学性能、保液率、亲液性和热稳定性等的影响,初步对含不同MOfs比例的隔膜所组装的电池进行电化学性能测试。结果表明,所制备的铝基MOfs纯度较高,其掺杂的含氟芳纶纳米纤维膜具有较高的热稳定性和良好的亲液性与保液率。根据初步的交流阻抗测试表明,3 wt%MOfs掺杂的含氟芳纶纳米纤维膜具有更好的电化学性能。该锂硫电池的电荷转移电阻以及界面阻抗较小,且具有极小的Warburg阻抗。运用所制备的隔膜所组装的Li-S电池,其pmia,f-doped pmia和MOf(3%)-f doped pmia的电池循环,所组装电池的初始比容量容量分别为1075.6 mAhg、1093.1 mAhg和1133.2 mAhg。所组装的电池在经过300次循环后的放电比容量为520.4 mAhg、613.9 mAhg和782.6 mAhg。

关键词：锂硫电池隔膜抑制“穿梭效应” 抑制锂枝晶生长锂枝晶凝胶聚合物电解质 pmia膜 f掺杂的pmia膜 MOf-f共掺杂的pmia膜

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