基于宣紙的鋰離子電池關(guān)鍵材料制備及表征.pdf

1、鋰離子電池是目前最為廣泛應(yīng)用的便攜式電源系統(tǒng)，而且正往多功能化及大型化方向發(fā)展以應(yīng)用于動(dòng)力電池系統(tǒng)及能源儲(chǔ)能系統(tǒng)，如何進(jìn)一步提高鋰離子電池能量密度成為當(dāng)前該領(lǐng)域重要的研究課題。同時(shí)，相較于其他電池，鋰離子電池原料成本較高，加工工藝復(fù)雜，電池中多個(gè)關(guān)鍵組件為非可再生資源或具備一定的毒性，因此導(dǎo)致鋰離子電池成本居高不下，也不利于環(huán)境保護(hù)。本論文針對(duì)以上兩個(gè)問題，嘗試采用生物材料制成品（宣紙薄膜）來全部或部分取代鋰離子電池中的某些關(guān)鍵組件，以

2、實(shí)現(xiàn)降低鋰離子電池生產(chǎn)成本，同時(shí)提高鋰離子電池能量密度，改善其環(huán)境相容性的目的。
　　在第一章中，我們將簡(jiǎn)要介紹人類認(rèn)識(shí)及發(fā)明使用電池的歷史，分析介紹鋰離子電池中各關(guān)鍵組件及其各自功能性，同時(shí)還將對(duì)生物材料在鋰離子電池中的應(yīng)用及宣紙薄膜進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。第二章重點(diǎn)介紹本論文中主要使用的藥品、試劑及主要檢測(cè)、表征手段。
　　宣紙薄膜是一種由特殊植物纖維（青檀樹皮與長(zhǎng)稈秈稻草纖維）為原料，通過濕法抄造工藝制備而來的無紡布型薄膜材料

3、。獨(dú)特的原料纖維與濕法抄造的工藝賦予了宣紙獨(dú)特的功能性，如潤墨性、耐久性、變形性以及抗蟲性等，其中潤墨性反映了該材料的強(qiáng)親水浸潤性。而在鋰離子電池關(guān)鍵組件中，隔離膜的最基本功能要求即為具備強(qiáng)浸潤性，能夠與電解液發(fā)生優(yōu)良浸潤保證鋰離子在隔離膜中的順暢傳輸。因此，在第三章中我們從宣紙薄膜的功能性出發(fā)，嘗試采用宣紙薄膜作為隔離膜應(yīng)用于鋰離子電池中，通過對(duì)宣紙薄膜進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性等方面進(jìn)行檢測(cè)分析，從理論上展示了

4、可行性。再通過多種電極材料與宣紙薄膜進(jìn)行匹配，從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了其作為電池隔膜材料的可行性。
　　在第四章中，我們采用壓燒工藝，以宣紙薄膜為原料制備了具有三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的自支撐碳膜材料，這種由生物纖維制備而來的自支撐碳膜具有高比表面積，可作為負(fù)極應(yīng)用于鋰離子電池當(dāng)中。
　　在第五章至第七章中，基于壓燒工藝制備三維多孔碳膜的工作基礎(chǔ)，我們將多種電極材料，包括磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰以及鈦酸鋰等與宣紙薄膜進(jìn)行復(fù)合。通過固相法制備電極材料

5、前驅(qū)體，并將其制備成漿料涂覆于宣紙薄膜之上，通過一步共燒工藝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電極材料的高溫成相與宣紙薄膜的高溫碳化，制備了三維多孔碳膜支撐的磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰薄膜正極、以及鈦酸鋰薄膜負(fù)極。由于該方法以固相合成法為基礎(chǔ)，并采用生物材料，因此可降低原料及生產(chǎn)成本。
　　基于宣紙薄膜材料，我們制備了鋰離子電池的三種關(guān)鍵組件，即正極材料、隔離膜和負(fù)極材料。因此，在第八章中，我們嘗試設(shè)計(jì)并組裝了一個(gè)主要基于宣紙材料的全電池LiFePO4/C，并驗(yàn)