碳纳米管在柔性纸质锌锰电池中的应用

发布时间：2018-05-06 09:26

本文选题：碳纳米管 + 柔性纸质电池　；参考：《南昌大学》2015年硕士论文

【摘要】：科技的进步,使得当今使用的各种便携个人电子产品在不断更新换代,越薄、越轻便更是现时代消费者对电子产品的首要指标,电池也必须随着这一变化向薄和轻便发展。而科学发展观,经济、环境可持续发展的要求,更需要电池小型化、轻型化并对环境零污染。本研究采用以二氧化锰为正极,锌为负极的锌锰电池制备成柔性纸质电池,探究新型纳米材料碳纳米管在柔性锌锰电池中的应用。实验利用碳纳米管、乙炔炭黑、石墨掺杂在正极材料中作为导电剂,研究其有效的氯化物电解质溶液配比,并制备出高导电性能的碳纳米管纸作为柔性集流体。实验证明,碳纳米管是构建柔性电极的理想材料,独特的管状结构使得碳纳米管无论是作为导电剂,还是其宏观材料碳纳米管纸作为集流体,均能在一定程度上提高柔性锌锰电池的性能。化学气相沉积法制备得的碳纳米管团簇弯曲、表面杂质较多,并且有较多缺陷,使用酸化处理和石墨化处理能有效地改善其性能,去除杂质提高其纯度,修复缺陷,分散并断开团簇的碳纳米管,使得碳纳米管在改性电池放电性能中达到预期的效果。碳纳米管、石墨、乙炔炭黑作为柔性锌锰电池正极导电剂,都能改善电池的放电时间和放电容量。碳纳米管作导电剂时,电池在0.2mA电流放电下,放电时间达到252h,容量达到50.2mAh。当锌锰电池的放电电流不断升高时,电池的容量都有所下降。其中未掺杂导电剂的电池容量损失最多,达到62.3%,而掺杂导电剂的电池容量损失依次为43.7%、40.2%和13.7%。掺杂碳纳米管的电池容量损失最小。说明了碳纳米管在大电流放电时放电性能的优越性,相比乙炔炭黑和石墨具有明显的优势,有很大的应用开发价值。柔性锌锰电池的电解质溶液应用氯化锌和氯化铵的混合溶液,可以取长补短。最理想的电解质溶液组成为4.9mol/L左右的氯化铵和0.7mol/L左右的氯化锌混合电解质,并且在电解质溶液加入少量的氯化钙,可以减缓电池的自放电,使其储存时间延长。利用碳纳米管纸作高导电的柔性集流体,开创了一种制作柔性锌锰电池的新方案。碳纳米管纸的电化学性能优越,制备的柔性锌锰电池具有良好的机械柔性,弯曲状依旧保持电压稳定。制备碳纳米管时采用较长时间高速剪切,可以使碳纳米管与纸浆均匀分散,纸浆与碳纳米管比例为2:1时的碳纳米管导电纸性能较好。碳纳米管比例越多反而会使碳纳米管发生团簇,影响导电纸性能。与传统集流体石墨相比,碳纳米管纸作为集流体的柔性锌锰电池放电时间更持久且比容量、比能量密度得到提高。柔性锌锰电池集流体的电阻并不是影响电池放电性能的唯一因素,并且碳纳米管纸滚压后密度对电池放电性能有着较大的影响,密度在0.6—0.7g/cm3范围内的碳纳米管纸使得电池放电效果最佳,适度滚压能提高其导电性和电池放电性能,过度滚压反而会使其放电性能降低。采用将正极活性材料涂覆在碳纳米管导电纸集流体的柔性锌锰电池的新工艺,能有效的提高单位体积内正极材料的含量,改善正极材料堆积和脱落的现象,提高电池的放电时间和容量,尽管涂覆的正极活性材料质量更大,但柔性锌锰电池却还保持高比容量,最高能达到140mAh/g。正极和集流体一体化,与柔性锌锰电池以往的工艺时涂覆在浆层纸上相比,减小了正极材料与正极集流体直接的距离,缩短了电子之间传递距离。新工艺进一步地改善了柔性锌锰电池的放电性能,更适合柔性锌锰电池的发展。
[Abstract]:A flexible paper battery is prepared by using carbon nanotubes , acetylene black and graphite as a conductive agent . The results show that the carbon nanotubes are ideal materials for flexible zinc - manganese batteries . The carbon nanotubes , graphite and acetylene black are used as the conductive agents to improve the discharge time and discharge capacity of the flexible zinc - manganese batteries . The invention relates to a novel process for preparing a flexible zinc - manganese battery , which can effectively improve the content of a positive electrode material in a unit volume and improve the performance of the conductive paper .

【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.14;TB383.1

【参考文献】