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聚烯烃隔膜的表面化学改性开题报告

 2021-03-25 12:03  

1. 研究目的与意义(文献综述)

锂硫电池及锂离子电池具有成本低廉,能量密度和理论能量高(其中,锂硫电池理论能量比锂电池高三到五倍)[1-4],环境友好[5, 6]的优点,属于最具发展潜力的存储设备。但一些技术难题阻碍了其广泛应用,例如[7-11]:(i)硫及其放电产物(Li2S和Li2S2)是绝缘体;(ii)硫粒子在充放电过程中体积发生巨大变化,从而破坏阴极的结构; (ⅲ)中间产物多硫化物阴离子(Li 2S x,2 lt;x≤8)具有高溶解度,可以在阴极和阳极之间自由迁移,导致飞梭效应。上述问题将导致锂硫电池活性材料减少,充放电效率降低,电池容量迅速衰减。

人们已经做出巨大努力来改善锂硫电池的性能,例如:(i)修饰电极材料,改进电池阴极。[12-14]在纳米导电碳或导电聚合物支架里嵌入硫来限制多硫化锂的迁移、使用无机材料以增强多硫化锂的吸附和表面氧化还原反应、使用功能性粘合剂以增强硫电极的稳定性。(ii)改善电池隔膜性质,比如提高隔膜亲水性,增加对多硫化物的阻隔作用,从而减少硫的移动和损失,同时保证锂离子的正常运输。目前,改性电池隔膜因操作较为简单,设备要求低,成功率较高而应用广泛。修饰隔膜主要有以下几种思路:第一,使用聚烯烃隔膜,[15-17]可以阻止硫离子迁移,保证锂离子运输,但具有在高温高压下容易发生短路,无法储存中间产物等缺点;第二,用碳纳米球,碳纳米纤维,石墨烯,乙炔黑等[18-20]修饰聚烯烃隔膜从而捕获多硫化物,此方法具有成本低廉,导电导热稳定的优点;第三,用功能基团修饰隔膜[21, 22],但这种方法制作的隔膜如果太薄会影响S的收集,如果太厚会影响电池的能量密度;第四,用无机物来修饰隔膜,比如AI2O3[23],TiO2[24],V2O5[25],Ti3O2等氧化物,-COOH,-OH,SO3等,此方法有利于减小静电斥力从而抑制多硫化物的溶解。

其中,聚烯烃隔膜的改性有以下几种方法:(i)物理改性法,通过复合、混抄等工艺,将其他具有良好亲水性能的纤维或原料加入聚烯烃隔膜中,从而达到提高隔膜亲水性的目的。但是这种方法工艺复杂,技术难度高,容易破坏隔膜结构。[26](ii)接枝改性法,即通过各种手段在膜表面产生自由基,进一步与改性单体或功能基团反应,通过化学键将具有亲水基团的物质结合至PP分子上,使PP隔膜具有良好的亲水性。接枝改性的方法很多,主要有辐射接枝法、光引发接枝法、固相接枝共聚法、等离子接枝、熔融接枝法、溶液接枝法等[27]。表面接枝可以通过选择不同单体对同一聚合物改性,使之具有不同功能特性,且实验成本较低,操作较为简单,不会破坏PP膜结构。

2. 研究的基本内容与方案

一、基本内容

1. 了解锂电池及锂硫电池的基本工作原理;

2. 理解接枝聚合热引发的机理;

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3. 研究计划与安排

第1~3周查阅文献;分析题目研究现状,学习基本理论;

第4~5周阅读文献、撰写开题报告,英文文献翻译;

第6~7周学习锂硫电池等相关知识;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] xu c, wu y, zhao x, et al. sulfur/three-dimensional graphene composite for high performance lithium–sulfur batteries [j]. journal of power sources, 2015, 275(22-5.

[2] chen l, shaw l l. recent advances in lithium–sulfur batteries [j]. journal of power sources, 2014, 267(770-83.

[3] cheon s-e, ko k-s, cho j-h, et al. rechargeable lithium sulfur battery i. structural change of sulfur cathode during discharge and charge [j]. journal of the electrochemical society, 2003, 150(6): a796-a9.

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