柔性锂离子电池自支撑阵列薄膜电极材料的制备及其结构与性能
发布时间：2021-03-29 15:25
获得具有优良电化学性能和机械力作用下性能稳定性的柔性电极,是柔性锂离子电池的关键所在,对于推动柔性薄膜电子器件发展有重要意义。过渡金属氧族化合物（如Mn3O4、MoS2等）虽具有理论比容量高、成本低等优势,但也存在着嵌脱锂过程中体积变化引起的结构衰退和电子导电率不足等劣势。本文利用模板辅助组装法,以不锈钢箔、Ti箔、碳布等为基底,先制备阵列化的一维纳米棒/管为模板,籍此,合成了结构稳定、电化学性能优异且和基底结合力良好的自支撑管阵列薄膜负极,包括管阵列Mn3O4@C负极和管阵列MoS2基负极。同时,本文利用水热锂化和低温热处理法在碳布基底上制备了性能优良的自支撑锰酸锂正极,避免了传统固相锂化法中高温对碳基柔性基底力学性能的损害。在此基础上,将自支撑Mn3O4@C负极和自支撑锰酸锂正极组装成扣式和软包全锰电池,分析了扣式和软包全电池的能量密度水平,以及软包电池在弯折条件下测试对其电化学性能的影响。首先,通过低温化学...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池发展简史
1.2.2 锂离子电池的组成和工作原理
1.2.3 柔性薄膜锂离子电池
1.3 锂离子电池电极材料
1.3.1 负极材料
1.3.2 正极材料
1.4 柔性电极的研究进展
1.4.1 柔性电极简介
1.4.2 柔性电极的制备方法
1.4.3 自支撑柔性薄膜电极
1.5 过渡金属氧族化合物柔性负极和锰酸锂柔性正极的研究进展
1.5.1 过渡金属氧族化合物柔性电极概况
1.5.2 过渡金属氧族化合物柔性负极的研究现状
1.5.3 锰酸锂柔性正极的研究现状
1.6 本文研究的目标、意义和主要内容
1.6.1 研究目标与意义
1.6.2 研究内容
第二章 ZnO纳米棒前驱体的制备和结构表征
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 实验用品和仪器
2.2.2 材料的制备
2.2.3 材料的结构与电学性能表征
2.3 低温水浴法制备ZnO纳米棒阵列
2.3.1 水浴沉积温度对ZnO纳米棒微观形态的影响
2.3.2 水浴沉积时间对ZnO纳米棒微观形态的影响
2.3.3 不同金属基底对ZnO纳米棒微观形态的影响
2.4 低温水热法生长ZnO纳米棒阵列
2.4.1 磁控溅射法预制备ZnO晶种
2.4.2 低温水热法沉积ZnO纳米棒阵列
2.5 ZnO纳米棒阵列薄膜与基底的结合强度研究
2.6 本章小结
3O4@C纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能研究">第三章 自支撑Mn3O4@C纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能研究
3.1 引言
3.2 实验方法
3.2.1 实验用品和仪器
3.2.2 材料的制备
3.2.3 材料的结构表征
3.2.4 电极制备和电化学性能测试
3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构调控和电化学性能"> 3.3 Mn3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构调控和电化学性能
3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构表征"> 3.3.1 Mn3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构表征
3O4@C纳米管阵列及其中间产物的电化学性能研究与对比"> 3.3.2 Mn3O4@C纳米管阵列及其中间产物的电化学性能研究与对比
3O4@C纳米管阵列电极循环后的结构表征和电化学阻抗研究"> 3.3.3 Mn3O4@C纳米管阵列电极循环后的结构表征和电化学阻抗研究
3O4@C管阵列电极微观形貌和嵌锂性能的影响"> 3.3.4 薄膜负载量对Mn3O4@C管阵列电极微观形貌和嵌锂性能的影响
3O4@C负极和LiCoO2正极的全电池性能表现"> 3.4 Mn3O4@C负极和LiCoO2正极的全电池性能表现
3.4.1 全电池性能测试和器件展示
3.4.2 能量密度和功率密度的计算
3.5 本章小结
2基纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能">第四章 自支撑MoS2基纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能
4.1 引言
4.2 实验方法
4.2.1 实验用品和仪器
4.2.2 材料的制备
4.2.3 材料的结构表征
4.2.4 电极制备和电化学性能测试
2管阵列薄膜的结构表征和电化学性能"> 4.3 CSTAs@MoS2管阵列薄膜的结构表征和电化学性能
2管阵列薄膜的结构表征"> 4.3.1 CSTAs@MoS2管阵列薄膜的结构表征
2管阵列薄膜的电化学性能"> 4.3.2 CSTAs@MoS2管阵列薄膜的电化学性能
2管阵列电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究"> 4.3.3 CSTAs@MoS2管阵列电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究
2@PPy管阵列薄膜的结构表征和电化学性能"> 4.4 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜的结构表征和电化学性能
2@PPy管阵列薄膜的结构表征"> 4.4.1 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜的结构表征
2@PPy管阵列薄膜的电化学性能"> 4.4.2 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜的电化学性能
2@PPy管阵列薄膜电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究"> 4.4.3 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究
4.5 本章小结
xMn2O4基薄膜的制备、结构和电化学性能">第五章 自支撑LixMn2O4基薄膜的制备、结构和电化学性能
5.1 引言
5.2 实验方法
5.2.1 实验用品和仪器
5.2.2 材料的制备
5.2.3 材料的结构表征
5.2.4 电池组装和电化学性能测试
5.3 碳布基底上的LixMn2O4薄膜的结构和电化学性能
xMn2O4薄膜的物相结构"> 5.3.1 不同水热锂化温度制备的CC-LixMn2O4薄膜的物相结构
xMn2O4薄膜的结构"> 5.3.2 不同热处理温度制备的CC-LixMn2O4薄膜的结构
xMn2O4薄膜的电化学性能"> 5.3.3 不同热处理温度制备的CC-LixMn2O4薄膜的电化学性能
xMn2O4正极和Mn3O4@C负极的扣式全锰电池性能"> 5.3.4 CC-LixMn2O4正极和Mn3O4@C负极的扣式全锰电池性能
xMn2O4薄膜的结构和电化学性能"> 5.4 不锈钢箔上的CSTAs@LixMn2O4薄膜的结构和电化学性能
xMn2O4薄膜的结构"> 5.4.1 水热法制备的CSTAs@LixMn2O4薄膜的结构
xMn2O4薄膜的性能"> 5.4.2 水热法制备的CSTAs@LixMn2O4薄膜的性能
5.5 基于自支撑薄膜电极的软包全锰电池性能
5.6 本章小结
第六章 全文总结及展望
6.1 论文主要结论
6.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3107763
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池发展简史
1.2.2 锂离子电池的组成和工作原理
1.2.3 柔性薄膜锂离子电池
1.3 锂离子电池电极材料
1.3.1 负极材料
1.3.2 正极材料
1.4 柔性电极的研究进展
1.4.1 柔性电极简介
1.4.2 柔性电极的制备方法
1.4.3 自支撑柔性薄膜电极
1.5 过渡金属氧族化合物柔性负极和锰酸锂柔性正极的研究进展
1.5.1 过渡金属氧族化合物柔性电极概况
1.5.2 过渡金属氧族化合物柔性负极的研究现状
1.5.3 锰酸锂柔性正极的研究现状
1.6 本文研究的目标、意义和主要内容
1.6.1 研究目标与意义
1.6.2 研究内容
第二章 ZnO纳米棒前驱体的制备和结构表征
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 实验用品和仪器
2.2.2 材料的制备
2.2.3 材料的结构与电学性能表征
2.3 低温水浴法制备ZnO纳米棒阵列
2.3.1 水浴沉积温度对ZnO纳米棒微观形态的影响
2.3.2 水浴沉积时间对ZnO纳米棒微观形态的影响
2.3.3 不同金属基底对ZnO纳米棒微观形态的影响
2.4 低温水热法生长ZnO纳米棒阵列
2.4.1 磁控溅射法预制备ZnO晶种
2.4.2 低温水热法沉积ZnO纳米棒阵列
2.5 ZnO纳米棒阵列薄膜与基底的结合强度研究
2.6 本章小结
3O4@C纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能研究">第三章 自支撑Mn3O4@C纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能研究
3.1 引言
3.2 实验方法
3.2.1 实验用品和仪器
3.2.2 材料的制备
3.2.3 材料的结构表征
3.2.4 电极制备和电化学性能测试
3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构调控和电化学性能"> 3.3 Mn3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构调控和电化学性能
3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构表征"> 3.3.1 Mn3O4@C纳米管阵列及其中间产物的结构表征
3O4@C纳米管阵列及其中间产物的电化学性能研究与对比"> 3.3.2 Mn3O4@C纳米管阵列及其中间产物的电化学性能研究与对比
3O4@C纳米管阵列电极循环后的结构表征和电化学阻抗研究"> 3.3.3 Mn3O4@C纳米管阵列电极循环后的结构表征和电化学阻抗研究
3O4@C管阵列电极微观形貌和嵌锂性能的影响"> 3.3.4 薄膜负载量对Mn3O4@C管阵列电极微观形貌和嵌锂性能的影响
3O4@C负极和LiCoO2正极的全电池性能表现"> 3.4 Mn3O4@C负极和LiCoO2正极的全电池性能表现
3.4.1 全电池性能测试和器件展示
3.4.2 能量密度和功率密度的计算
3.5 本章小结
2基纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能">第四章 自支撑MoS2基纳米管阵列薄膜的制备、表征和电化学性能
4.1 引言
4.2 实验方法
4.2.1 实验用品和仪器
4.2.2 材料的制备
4.2.3 材料的结构表征
4.2.4 电极制备和电化学性能测试
2管阵列薄膜的结构表征和电化学性能"> 4.3 CSTAs@MoS2管阵列薄膜的结构表征和电化学性能
2管阵列薄膜的结构表征"> 4.3.1 CSTAs@MoS2管阵列薄膜的结构表征
2管阵列薄膜的电化学性能"> 4.3.2 CSTAs@MoS2管阵列薄膜的电化学性能
2管阵列电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究"> 4.3.3 CSTAs@MoS2管阵列电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究
2@PPy管阵列薄膜的结构表征和电化学性能"> 4.4 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜的结构表征和电化学性能
2@PPy管阵列薄膜的结构表征"> 4.4.1 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜的结构表征
2@PPy管阵列薄膜的电化学性能"> 4.4.2 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜的电化学性能
2@PPy管阵列薄膜电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究"> 4.4.3 CSTAs@MoS2@PPy管阵列薄膜电极嵌锂循环后的结构表征和电化学阻抗研究
4.5 本章小结
xMn2O4基薄膜的制备、结构和电化学性能">第五章 自支撑LixMn2O4基薄膜的制备、结构和电化学性能
5.1 引言
5.2 实验方法
5.2.1 实验用品和仪器
5.2.2 材料的制备
5.2.3 材料的结构表征
5.2.4 电池组装和电化学性能测试
5.3 碳布基底上的LixMn2O4薄膜的结构和电化学性能
xMn2O4薄膜的物相结构"> 5.3.1 不同水热锂化温度制备的CC-LixMn2O4薄膜的物相结构
xMn2O4薄膜的结构"> 5.3.2 不同热处理温度制备的CC-LixMn2O4薄膜的结构
xMn2O4薄膜的电化学性能"> 5.3.3 不同热处理温度制备的CC-LixMn2O4薄膜的电化学性能
xMn2O4正极和Mn3O4@C负极的扣式全锰电池性能"> 5.3.4 CC-LixMn2O4正极和Mn3O4@C负极的扣式全锰电池性能
xMn2O4薄膜的结构和电化学性能"> 5.4 不锈钢箔上的CSTAs@LixMn2O4薄膜的结构和电化学性能
xMn2O4薄膜的结构"> 5.4.1 水热法制备的CSTAs@LixMn2O4薄膜的结构
xMn2O4薄膜的性能"> 5.4.2 水热法制备的CSTAs@LixMn2O4薄膜的性能
5.5 基于自支撑薄膜电极的软包全锰电池性能
5.6 本章小结
第六章 全文总结及展望
6.1 论文主要结论
6.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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