【摘要】：鋰離子電池柔性薄膜電極的開發(fā)對于便攜式電子設(shè)備(智能通信、可穿戴設(shè)備等)是具有非常重要的意義。但是,目前制備出具有長循環(huán)壽命和高比容量的柔性商用電極仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。其中一氧化錳(MnO)由于其較高的理論比容量(756 mAh g~(-1))、較低的電動勢(1.032V vs.Li/Li~+)、電壓滯后小、成本低、環(huán)保以及自然豐富度高而引起了人們廣泛的研究興趣。然而,MnO材料最大的問題是它們能夠與鋰反應(yīng)形成金屬M(fèi)n單質(zhì)(分散在Li_2O基體中),從而在循環(huán)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚與體積變化,導(dǎo)致整個(gè)MnO電極的劇烈粉化,從而引起Mn單質(zhì)脫落后溶解到電解質(zhì)中,致使容量快速衰減。為了克服這些問題,本工作將使用靜電紡絲和電噴霧技術(shù)連用的方式,制備了錳氧化物/碳納米纖維@還原氧化石墨烯復(fù)合膜電極(MnO/CNFs@rGO)、MnO/C@rGO復(fù)合膜以及核-殼型MnO/C納米纖維復(fù)合薄膜,并研究了這些膜電極在鋰離子電池中的應(yīng)用。復(fù)合膜材料中MnO顆粒、納米纖維及石墨烯片通過點(diǎn)面線相互作用構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),顯示了良好的電化學(xué)性能及一定的應(yīng)用性。具體研究結(jié)果如下:1,采用靜電紡絲和電噴霧技術(shù)連用制備了鋰離子電池的三維復(fù)合膜電極(MnO/CNFs@rGO)。研究發(fā)現(xiàn),獲得的薄膜電極中,其二維還原石墨烯片分散在一維MnO/CNFs納米線中。通過以金屬鋰為對電極,組裝鋰離子模擬電池,研究發(fā)現(xiàn),該復(fù)合膜電極在0.1 A g~(-1)下表現(xiàn)出1118 mAh g~(-1)的高放電比容量,然后在80次循環(huán)后再回到0.1A g~(-1)時(shí),其容量保持率仍高達(dá)98%。即使在高倍率5 A g~(-1)的電流密度下,復(fù)合膜電極在3000次循環(huán)后仍能保持574 mAh g~(-1)的高可逆容量,庫侖效率為99%。2,利用靜電紡絲和電噴霧連用技術(shù)制備了錳氧化物/碳納米纖維@還原氧化石墨烯復(fù)合膜電極(MnO/CNFs@rGO)柔性復(fù)合膜電極材料。研究表明,所制備的膜電極中CNFs/MnO納米線分散在2D還原的氧化石墨烯(rGO)片上得以構(gòu)建出3D柔性復(fù)合膜材料,從而形成穩(wěn)定的自支撐結(jié)構(gòu)。所制備出的薄膜電極材料也展現(xiàn)出了較好的電化學(xué)性能:在0.1 A g~(-1)的電流密度下表現(xiàn)出1.148mAh g~(-1)的可逆容量,在5 A g~(-1)的電流密度下循環(huán)4,500次之后,其電極比容量仍然保持在332 mAh g~(-1)。更有意義的是,復(fù)合膜電極材料中錳源來自廢舊電池中回收的二氧化錳產(chǎn)品。這項(xiàng)工作也展示了一種潛在利用廢棄Zn/Mn O_2電池中的二氧化錳應(yīng)用于鋰離子電池中的價(jià)值。3,采用高壓靜電紡絲技術(shù),主客體分子相互作用及自組裝制備了雙碳層MnO復(fù)合柔性薄膜電極(Mn/PAN/β-CD)。研究發(fā)現(xiàn)β-CD的內(nèi)腔能夠很好的包覆錳離子,且自發(fā)包覆在以PAN為骨架的納米線上,所制備的雙層碳結(jié)構(gòu)中β-CD很好的抑制了錳離子的團(tuán)聚以及最后得到分散均勻且顆粒尺寸較小的MnO顆粒。其模擬電池測試表明,該復(fù)合膜電極中表現(xiàn)出了高的可逆容量(在0.1A g~(-1)時(shí)比容量為1025mAh g~(-1)),優(yōu)異的倍率性能(在5Ag~(-1)時(shí)比容量為376mAh g~(-1))和優(yōu)良的循環(huán)性能(在1A g~(-1)的電流密度下循環(huán)800次后其比容量仍為844mAh g~(-1))。這種優(yōu)異的電化學(xué)性能賦予了復(fù)合薄膜材料作為鋰離子電池負(fù)極材料的潛力和重要的商業(yè)價(jià)值。
【圖文】：

緒論樹脂類（Celgard2300）。離子電池的反應(yīng)過程為氧化還原反應(yīng)。以鈷酸鋰為正極，石墨為負(fù)極為極反應(yīng)式如圖 1.1 中（1-1）、（1-2）和（1-3）：正極反應(yīng)：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-(1負(fù)極反應(yīng)：6C + xLi++ xe- LixC6(1-電池反應(yīng)：6C +LiCoO2 Li1-xCoO2+ LixC6(1

例如，引入多個(gè)碳五元環(huán)結(jié)構(gòu)，石墨烯則會變?nèi)绻麑螌悠瑺钍┚砬鷦t會形成一維的碳納米管[26]，如圖烯作為一種新型碳材料，石墨烯的超高的理論比表面積為 260率、導(dǎo)電性等，這些優(yōu)良的性質(zhì)很快得到了廣泛的應(yīng)用，特別、超級電容器等領(lǐng)域。石墨烯作為負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)秀的儲存ong 等利用改進(jìn)的 Hummers 法制備出氧化石墨烯作為鋰離子 0.2 mAcm-1電流密度下，，首次放電比容量為 1233 mAh g-1能保持 502 mAh g-1 [30]。但石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極材料還）電解液在電極材料表面反應(yīng)形成 SEI 膜導(dǎo)致首次較大的不可效率；（b）較大的比表面積，導(dǎo)致表面形成的 SEI 膜熱穩(wěn)定性隱患；（c）電壓滯后大，且輸出電壓低，因此導(dǎo)致容量的可量密度低。該新型材料單獨(dú)使用在鋰離子電池電極領(lǐng)域是要面但由于其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，作為電極材料的導(dǎo)電劑是發(fā)揮自[32]。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 洪世琨;;我國錳礦資源開采現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展的研究[J];中國錳業(yè);2011年03期

2 王運(yùn)敏;中國的錳礦資源和電解金屬錳的發(fā)展[J];中國錳業(yè);2004年03期

本文編號：2603682