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聚丙烯酸粘结剂在锂离子电池正极中的应用研究

作　者: 曾涛
导　师: 张治安
学　校: 中南大学
专　业: 冶金工程
关键词: 锂离子电池 粘结剂 理化性质 正极 常温电性能 高温性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


摘要：粘结剂是锂离子电池中重要的组成部分,其用量虽少,但却在锂离子电池中起着至关重要的作用。电极中加入粘结剂主要是为了粘覆活性电极材料和导电剂,使极片组分与集流体有良好接触；同时稳定极片内部结构,缓解电极材料在脱嵌锂过程中带来的体积收缩膨胀。粘结剂的物理性质直接影响到浆料的理化性能、极片的加工性能,继而影响到电池的电化学性能和安全性能。因此,粘结剂的选择和优化对锂离子电池的发展具有重要的研究价值。本论文研究了一款新型的锂离子电池粘结剂聚丙烯酸(PAA),首先从分子结构、结晶性能、热性能、电化学稳定性、电解液溶解性等方面对聚丙烯酸高分子聚合物的各种理化性质进行了研究；然后将PAA应用为LiFePO4正极和LiMn2O4正极中,考察了两种极片剥离强度、溶胀性能、表面形貌等性质；最后将极片组装电池,测试了两种电池的常温和高温电化学性能。获得的主要成果与结论如下：1.PAA是一种无定形态高分子聚合物,其分子结构中含有碳长链结构和羧基官能团。热性能测试表明PAA粘接剂比PVDF和CMC具有更加良好的热稳定性、较小的体积膨胀和较大的热扩散率。在电池正常使用的电压范围内,PAA表现为电化学反应惰性,无副反应发生。其在电解液中不会发生溶解现象。综合评估可知PAA粘结剂在各方面均表现出良好的理化性能,可以作为锂离子电池粘结剂进行研究。2.PAA粘结剂改善了LiFePO4半电池的常温循环性能和高温性能,常温200圈循环后的容量保持率为99.3%,高温100圈循环后容量保持率为97.7%,高温搁置15天后电池放电平台保持不变。循环伏安和交流阻抗测试说明PAA粘结剂的电池具有较小的电池极化,且其电池阻抗随着循环的进行不升反降。通过极片理化性质分析可知,PAA粘结剂的极片具有良好的粘结性能和合适的电解液吸收量,保证了其良好的电性能发挥。3.比较PAA/NMP、PAA/H2O、CMC、PVDF四种粘结剂体系的LiMn2O4半电池可知,PAA/NMP粘结剂体系改善了LiMn2O4半电池的常温循环性能和高温循环性能,常温200圈循环后的容量保持率为85.7%,高温100圈循环后的容量保持率为74.8%。理化性质比较可知PAA/NMP粘结剂体系的极片具有最好的粘结性能、合适的吸液量、良好的分散性,保证了电池良好的电性能发挥。图38幅,表9个,参考文献100篇。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 文献综述  10-27
  1.1 引言  10-11
  1.2 锂离子电池概述  11-14
    1.2.1 锂离子电池的发展历程  11-12
    1.2.2 锂离子电池工作原理  12
    1.2.3 锂离子电池的组成部分介绍  12-14
  1.3 锂离子电池粘结剂概述  14-25
    1.3.1 油系粘结剂  15-17
    1.3.2 水系粘结剂  17-20
    1.3.3 PAA粘结剂  20-25
  1.4 论文研究目的及意义  25
  1.5 论文研究内容和方案  25-27
2 实验原料、设备及其实验方法  27-34
  2.1 实验原料规格和来源  27-28
  2.2 实验设备型号和厂家  28-29
  2.3 实验研究方法  29-34
    2.3.1 粘结剂理化性能表征  29-30
    2.3.2 电极制作和电池组装  30-31
    2.3.3 极片物理性质表征  31-32
    2.3.4 电池电化学性能测试  32-34
3 PAA粘结剂的理化性质研究  34-43
  3.1 引言  34
  3.2 实验  34-35
  3.3 实验结果与讨论  35-41
    3.3.1 官能团结构  35-36
    3.3.2 结晶性能和形貌  36-38
    3.3.3 热性能  38-40
    3.3.4 电化学稳定性  40-41
    3.3.5 电解液溶解性  41
  3.4 本章小结  41-43
4 PAA粘结剂应用于LiFePO_4正极电化学性能研究  43-59
  4.1 引言  43
  4.2 实验  43-44
    4.2.1 粘结剂配比的优化  43-44
    4.2.2 极片理化性能的表征  44
    4.2.3 电池电性能的表征  44
  4.3 实验结果与讨论  44-57
    4.3.1 粘结剂配比优化  44-45
    4.3.2 常温性能  45-50
    4.3.3 高温性能  50-56
    4.3.4 极片理化性质  56-57
  4.4 本章小结  57-59
5 PAA粘结剂应用于LiMn_2O_4正极电化学性能研究  59-71
  5.1 引言  59
  5.2 实验  59-60
  5.3 实验结果与讨论  60-69
    5.3.1 粘结剂添加量的优化  60
    5.3.2 极片理化性能测试  60-64
    5.3.4 电池电化学性能  64-69
  5.4 本章小结  69-71
6 结论与展望  71-73
  6.1 论文结论  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-83
攻读硕士学位期间主要研究成果  83-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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