碳纳米管粘结剂电极在柔性锂离子电池中的应用
发布时间：2022-02-08 22:44
随着人类社会的不断发展,锂离子电池（Lithium-ion batterys,LIBs）扮演着越来越重要的角色。伴随着3C产品的不断发展更新,新兴的智能可穿戴设备和电动汽车等领域对LIBs催生了许多新的要求,人们迫切需要具有更高能量密度,能快速充放电兼具一定折叠性的LIBs,同时作为穿戴产品和交通工具需要保证一定的安全性。传统的LIBs由于金属集流体以及粘结剂等占据了很大一部分质量,能量密度始终无法得到质的提升;同时,活性物质及粘结剂与金属集流体间有较大的接触阻抗,在快速充放电过程中不断被放大,使其倍率性能受限;在受外力作用下,金属箔相互接触产生瞬间大电流并使LIBs失效,产生的破坏性巨大,以上是目前LIBs亟待解决的关键问题。碳纳米管（Carbon nanotube,CNTs）作为一种新型碳材料具有许多优异的性能,包括高电导率、高散热性、高的长径比以及密度低等,使得其在LIBs中具有重要的应用前景。本课题组前期通过CVD法制备自支撑CNTs宏观膜（CNT macro-film,CMF）,以其为集流体制备的柔性LIBs具有优异的电化学性能。本实验在制备CMF技术的基础上,通过简单喷涂制...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种可穿戴设备；（a）智能眼镜，（b）环形柔性手机，（c）柔性手机，（d）智能手环，（e）
≒AN）为前驱体，通过一系列反应后得到大量的CNFs；在氩气和空气的混合气体中，通过1000oC的二次碳化，CNFs中可以形成大量的中微孔；作为LIBs用自支撑柔性阳极的多孔CNFs显示出高可逆容量（在50mA/g电流密度下40次循环后保持1780mAh/g），和良好的循环性能（500mA/g电流密度下600次循环后为1550mAh/g）。此外，以多孔CNFs为基底，制备了柔性LIBs负极，多孔CNFs可以缓解活性材料在循环过程中的体积变化，提高其导电性；由结晶红P和多孔CNFs组成的柔性集成阳极在100次循环后，在260mA/g具有2030mAh/g的优异可逆容量[18]。图1.2多孔LFMP/CNF的电纺过程制备过程[19]
第一章绪论4近期研究人员[19]通过离子液体辅助电纺丝的方式，制备了多孔的LiFe0.4Mn0.6PO4/CNFs电极，制备过程如图1.2所示。借助于离子液体产生的分层孔隙率和N掺杂碳层，如图1.2所示，制备的电极表现出优异的电化学性能，同时改善了电导率，在电流密度分别为0.1C、0.5C、1C、10C下，分别发挥出162.7mAh/g、133.5mAh/g、114.5mAh/g、102.6mAh/g的比容量，这种方法为基于磷酸盐的电极制备提供了新的思路。Han等[20]通过静电纺丝方法，制备过程示意图及扫描图如图1.3所示，成功地合成了Co/Co3SnC0.7和N掺杂CNFs复合电极，作为锂离子电池负极在100mA/g电流密度下可提供480mAh/g的可逆容量，在2000mA/g表现出290mAh/g的高倍率性能；即使在900次循环后，在500mA/g下仍可以保持320mAh/g的比容量，显示出优异的循环稳定性，能够保持优异性能的原因是：惰性金属Co和一维N掺杂CNFs可通过抑制纳米颗粒的聚集，并缓冲锂化/脱锂过程中的体积变化，协同促进Sn基负极的电化学性能。图1.3Co/Co3SnC0.7@N-CNFs形成过程；（a）制备示意图，（b）SnCl2/Co(Ac)24H2O的前体纤维的SEM图[20]尽管在许多研究中，CNFs作为基体体现出了较好的结果，并且在制备过程中相比于CNTs有成本较低的优势，但是CNFs存在两个明显的缺点：官能团少、比表面积小；官能团少导致CNFs与活性材料界面结合弱，比表面积小导致活性材料的导电性和承载能力低。因此，开发具有更多官能团和高比表面积的新型CNFs，有望进一步提高其在柔性LIBs设计和制造中的应用。1.2.2石墨烯基LIBs石墨烯是一种单原子厚度的2D-sp2成键碳层，具有较高的理论比表面积[21]（约2630
【参考文献】：
期刊论文
[1]正极集流体为碳纳米管宏观膜的锂离子电池及其性能[J]. 钟盛文,胡经纬,吴子平,梅文捷. 新型炭材料. 2014(04)
本文编号：3615890
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种可穿戴设备；（a）智能眼镜，（b）环形柔性手机，（c）柔性手机，（d）智能手环，（e）
≒AN）为前驱体，通过一系列反应后得到大量的CNFs；在氩气和空气的混合气体中，通过1000oC的二次碳化，CNFs中可以形成大量的中微孔；作为LIBs用自支撑柔性阳极的多孔CNFs显示出高可逆容量（在50mA/g电流密度下40次循环后保持1780mAh/g），和良好的循环性能（500mA/g电流密度下600次循环后为1550mAh/g）。此外，以多孔CNFs为基底，制备了柔性LIBs负极，多孔CNFs可以缓解活性材料在循环过程中的体积变化，提高其导电性；由结晶红P和多孔CNFs组成的柔性集成阳极在100次循环后，在260mA/g具有2030mAh/g的优异可逆容量[18]。图1.2多孔LFMP/CNF的电纺过程制备过程[19]
第一章绪论4近期研究人员[19]通过离子液体辅助电纺丝的方式，制备了多孔的LiFe0.4Mn0.6PO4/CNFs电极，制备过程如图1.2所示。借助于离子液体产生的分层孔隙率和N掺杂碳层，如图1.2所示，制备的电极表现出优异的电化学性能，同时改善了电导率，在电流密度分别为0.1C、0.5C、1C、10C下，分别发挥出162.7mAh/g、133.5mAh/g、114.5mAh/g、102.6mAh/g的比容量，这种方法为基于磷酸盐的电极制备提供了新的思路。Han等[20]通过静电纺丝方法，制备过程示意图及扫描图如图1.3所示，成功地合成了Co/Co3SnC0.7和N掺杂CNFs复合电极，作为锂离子电池负极在100mA/g电流密度下可提供480mAh/g的可逆容量，在2000mA/g表现出290mAh/g的高倍率性能；即使在900次循环后，在500mA/g下仍可以保持320mAh/g的比容量，显示出优异的循环稳定性，能够保持优异性能的原因是：惰性金属Co和一维N掺杂CNFs可通过抑制纳米颗粒的聚集，并缓冲锂化/脱锂过程中的体积变化，协同促进Sn基负极的电化学性能。图1.3Co/Co3SnC0.7@N-CNFs形成过程；（a）制备示意图，（b）SnCl2/Co(Ac)24H2O的前体纤维的SEM图[20]尽管在许多研究中，CNFs作为基体体现出了较好的结果，并且在制备过程中相比于CNTs有成本较低的优势，但是CNFs存在两个明显的缺点：官能团少、比表面积小；官能团少导致CNFs与活性材料界面结合弱，比表面积小导致活性材料的导电性和承载能力低。因此，开发具有更多官能团和高比表面积的新型CNFs，有望进一步提高其在柔性LIBs设计和制造中的应用。1.2.2石墨烯基LIBs石墨烯是一种单原子厚度的2D-sp2成键碳层，具有较高的理论比表面积[21]（约2630
【参考文献】：
期刊论文
[1]正极集流体为碳纳米管宏观膜的锂离子电池及其性能[J]. 钟盛文,胡经纬,吴子平,梅文捷. 新型炭材料. 2014(04)
本文编号：3615890
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