【摘要】：為了應對全球能源危機和環(huán)境惡化,能源結構的全面轉型已經(jīng)在如火如荼地進行。科技發(fā)展日新月異,人們對便攜化、娛樂化、健康化的電子設備,微型精密電子產(chǎn)品和舒適無污染電動汽車不斷追求。傳統(tǒng)二次電池因存在比容量低、充放電速度慢、壽命短、笨重、不可彎曲、價格昂貴等缺點,已經(jīng)滿足不能新一代電子器件的需要。因此,開發(fā)新型儲能器件向著超高比能,超長循環(huán)壽命、快速充放電、質輕,柔軟,清潔安全等方向發(fā)展是當務之急。 新型自支撐電極材料及其復合電極材料在很大程度避免使用傳統(tǒng)的粘結劑和導電劑,不但節(jié)約了資源,降低了成本,也減少了很多工藝步驟。集流體的節(jié)省,很大程度上降低了成品電池的質量和體積。電極材料與導電性優(yōu)異自支撐材料的結合能力遠超過傳統(tǒng)的涂布法,因此,自支撐復合材料在結構穩(wěn)定性和導電性方面較為突出。選擇合適的自支撐材料還能得到柔韌性和機械性能良好的柔性電極材料,為實現(xiàn)新一代柔性儲能器件打好基礎。基于以上觀點,本論文在高比能自支撐電極材料方面進行了創(chuàng)新性的研究,取得了如下主要結果： (1)制備了分級結構的Sb@C納米復合電極材料：以棉布纖維為自支撐基底和模板,經(jīng)過“浸泡-熟化-煅燒”簡單的實驗步驟,得到分級多孔Sb@C復合材料。本實驗通過低濃度前驅物溶液層層浸泡的方法,實現(xiàn)了超細的Sb納米顆粒均勻的分散在C基底的內(nèi)部的目的。避免了大濃度、一次性浸泡法制得的大顆粒、不均勻分布等缺點。復合材料復制了碳纖維的相互交織的框架,結構完整,可以直接作為電極材料組裝電池。無需使用粘結劑、導電劑和集流體。Sb@C復合材料比容量高達660mAhg-1,循環(huán)300圈后,容量保持率接近100%。與傳統(tǒng)涂布法相比,此制備方法簡單,成本低廉,適合規(guī)模化使用。 (2)基于柔性MnO-還原石墨烯(rGO)薄膜材料的柔性鋰電池：通過簡單的“絡合-涂膜-還原”步驟,得到了柔性自支撐的MnO-rGO薄膜材料。超薄石墨烯層與超細MnO納米顆粒形成層層包埋的三維分級結構。該結構緊密,機械性和柔韌性良好,可以直接作為鋰離子電池的電極材料。超細納米顆粒與石墨烯的緊密結合,形成了一個相互連通的電子和離子快速傳導的網(wǎng)絡。層層包埋的特殊結構有效的抑制了轉換反應過程中的體積效應造成的結構破壞現(xiàn)象的發(fā)生。因此,柔性MnO-rGO薄膜材料展現(xiàn)出非常卓越的電化學性能。將其與商業(yè)鈷酸鋰材料組裝成柔性鋰離子電池,在500mA g-1的電流密度下,進行深度充放電時,放電比容量接近1000mAh g-1,經(jīng)過200個充放電循環(huán)以后,比容量幾乎沒有衰減。在實用性方面,能輕松地點亮上百個商用的LED燈,且在彎曲測試的時候,LED燈沒有受到任何的影響。 (3)普適法制備柔性MOx-rGO(M=Co, Mo, Sn)薄膜材料：在“絡合-涂膜-還原”制備薄膜材料的基礎上,針對不同前驅物屬性,選擇不同極性的溶液、還原氣氛和煅燒溫度,均得到了柔性MOx-rGO薄膜材料。該方法具有可設計性、普適性和易操作性。通過結構和形貌的表征,證實了溶液極性對產(chǎn)物粒徑的影響。層層包埋形成的三維多孔薄膜為活性材料CoO、MoO2和Sn提供了巨大的依附空間,同時也為這些過渡金屬氧化物在充放電過程中的體積變化提供了緩釋空間,為材料整體結構的穩(wěn)定性提供了保證。同時我們系統(tǒng)的研究了所制備電極材料的電化學性能。 (4)制備了柔性Sb-rGO//Na3V2(PO4)3-rGO鈉離子全電池：在無水乙醇體系中,制備出大面積的Sb@rGO和Na3V2(PO4)3@rGO柔性薄膜電極材料。層層包埋的結構有利于電解液的浸潤和電子電導率和Na+的傳導速率的提高,有效地抑制了充放電過程中電極材料的體積膨脹。從而顯著地提高了Sb-rGO和Na3V2(PO4)3-rGO柔性薄膜復合材料做為鈉離子電池正負極材料時電池的可逆比容量,循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。柔性Sb-rGO//Na3V2(PO4)3-rGO鈉離子全電池：分別以柔性Sb-rGO和Na3V2(PO4)3-rGO作為負極和正極材料,在不需要集流體和粘結劑的情況下,組裝成柔性鈉離子電池。作為首次報道的全柔性鈉離子電池,在0.7-3.5V電壓范圍內(nèi)具有非常穩(wěn)定的循環(huán)性能。本工作證明了新型柔性鈉離子電池電極材料高比能、長循環(huán)、柔軟、質輕和大規(guī)模制備的可行性。全柔性電池的組裝和測試,也將會推動新一代柔性儲能器件的發(fā)展。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912;TB383.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 白春禮;;納米科技及其發(fā)展前景[J];群言;2001年04期

2 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];安徽科技;2002年03期

3 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];微納電子技術;2002年01期

4 黃彪;納米科技前景燦爛,應用開發(fā)任重道遠[J];中國粉體技術;2002年01期

5 一東;;納米產(chǎn)業(yè)化成了企業(yè)泥潭[J];新經(jīng)濟導刊;2003年Z2期

6 宋允萍;納米科技[J];中學文科;2001年01期

7 李斌,沈路濤;納米科技[J];焊接學報;2000年04期

8 齊東月;納米 又一場新技術革命來臨了[J];民族團結;2000年10期

9 徐濱士,歐忠文,馬世寧;納米表面工程基本問題及其進展[J];中國表面工程;2001年03期

10 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];計算機自動測量與控制;2001年03期

相關會議論文 前10條

1 陳天虎;謝巧勤;;納米礦物學[A];中國礦物巖石地球化學學會第13屆學術年會論文集[C];2011年

2 馬燕合;李克健;吳述堯;;加快建設我國納米科技創(chuàng)新體系[A];納米材料和技術應用進展——全國第二屆納米材料和技術應用會議論文集（上卷）[C];2001年

3 李正孝;煍巖;;漫娗納米技圫和納米材料的a捎煤蛌|展[A];第二屆功能性紡織品及納米技術應用研討會論文集[C];2002年

4 伊陽;陶鑫;;納米CaCO_3在塑料改性中的應用研究[A];PPTS2005塑料加工技術高峰論壇論文集[C];2005年

5 洪廣言;;稀土產(chǎn)業(yè)與納米科技[A];第九屆中國稀土企業(yè)家聯(lián)誼會會議論文集[C];2002年

6 惠飛;王棟民;;納米水泥混凝土的研究進展[A];2008年中國水泥技術年會暨第十屆全國水泥技術交流大會論文集[C];2008年

7 秦伯雄;陳峰;馬卓然;;高壓流體納米磨及其應用[A];納米材料和技術應用進展——全國第三屆納米材料和技術應用會議論文集（上卷）[C];2003年

8 王樹林;李生娟;童正明;李來強;;振動納米學進展[A];第七屆全國顆粒制備與處理學術暨應用研討會論文集[C];2004年

9 洪廣言;賈積曉;于德才;孫鎖良;李天民;王振華;;納米級氧化鐿的制備與表征[A];中國稀土學會第四屆學術年會論文集[C];2000年

10 洪茂椿;;納米催化在化石資源高效轉化中的應用研究[A];中國化學會2008年中西部地區(qū)無機化學、化工學術交流會會議論文集[C];2008年

相關重要報紙文章 前10條

1 張立德（中國科學院固體物理研究所）;納米專家話納米[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2002年

2 本報記者 趙曉展;納米科技，產(chǎn)業(yè)化序幕剛剛拉開[N];工人日報;2002年

3 宗合 曉麗;納米科技成果產(chǎn)業(yè)化將帶來巨大經(jīng)濟效益[N];消費日報;2004年

4 朱文龍;產(chǎn)學研聯(lián)手助推納米產(chǎn)業(yè)[N];文匯報;2006年

5 ;神奇的納米科技[N];中國有色金屬報;2006年

6 本報記者 李贄;納米還沒走出實驗室[N];大眾科技報;2001年

7 馮 薇;納米護膚品沒那么神[N];大眾科技報;2005年

8 本報記者 彤云;打造納米產(chǎn)業(yè)鏈條[N];中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報;2001年

9 張芳;納米護膚品其實沒那么神[N];科技日報;2005年

10 趙展慧 張之豪;納米世界有多神奇？[N];人民日報;2013年

相關博士學位論文 前10條

1 樊莉鑫;納米電極體系界面結構及過程的理論與數(shù)值模擬研究[D];武漢大學;2014年

2 馮曉勇;高速重擊條件下高錳鋼表面納米晶的制備及組織性能研究[D];燕山大學;2015年

3 黃權;B-C-N體系中新型超硬材料制備與性能研究[D];燕山大學;2015年

4 王東新;納米鉆石靶向載藥體系的制備及其與細胞相互作用的研究[D];山西大學;2014年

5 張俊麗;低維磁性納米結構的可控合成、微觀表征及應用研究[D];蘭州大學;2015年

6 于佳鑫;兩種新型光學材料在顯微生物成像與光譜檢測中的應用探索[D];浙江大學;2015年

7 李志明;塊體納米晶鈦的制備及組織演變與力學行為[D];上海交通大學;2014年

8 楊樹瑚;缺陷對幾種過渡族金屬氧化物磁性的影響[D];南京大學;2012年

9 劉春靜;鋰離子電池錫基納米負極材料制備及儲鋰性能[D];大連理工大學;2015年

10 謝偉麗;SiC納米線三維結構的制備與生物相容性[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

相關碩士學位論文 前10條

1 林詮彬;中藥納米化對中醫(yī)藥的影響[D];廣州中醫(yī)藥大學;2010年

2 毛彩霞;納米二氧化錳的安全性評價[D];華中師范大學;2008年

3 鄧世琪;PbTi0_3及LiTi0_2納米結構的水熱合成及其光致發(fā)光和光催化性能研究[D];浙江大學;2015年

4 葛巖;YAG：Ce~(3+)納米晶的制備及其發(fā)光性能的研究[D];上海師范大學;2015年

5 潘偉源;水熱法合成的過渡金屬化合物摻雜對Li-Mg-B-H儲氫體系的改性研究[D];浙江大學;2015年

6 豆貝貝;納米水泥熟料礦物的合成與性能研究[D];河北聯(lián)合大學;2014年

7 郭步超;高氮奧氏體不銹鋼機械納米化表面層及其熱穩(wěn)定性研究[D];長春工業(yè)大學;2015年

8 王艷艷;納米化/滲氮/滲硫層與潤滑油添加劑的摩擦化學效應研究[D];中國地質大學(北京);2015年

9 周文敏;Cr_2WO_6、Ag_2CrO_4微/納米晶的制備及性能研究[D];陜西科技大學;2015年

10 龔成章;納米鋁結構性質及Al/RNO_2界面作用的理論研究[D];南京理工大學;2015年

，

本文編號：2293974