本文關(guān)鍵詞：基于碳納米管宏觀膜的高性能可折疊鋰離子電池研究

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【摘要】：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了智能可穿戴設(shè)備的興起。全新的使用環(huán)境要求電源不但有長(zhǎng)續(xù)航能力,還能對(duì)其進(jìn)行壓、彎、拉、卷甚至折疊操作。作為目前綜合性能最優(yōu)的儲(chǔ)能器件,鋰離子電池(LIBs)被視為智能可穿戴設(shè)備的首選電源體系。但傳統(tǒng)制造中所用銅、鋁等金屬極集流體與非金屬的活性物質(zhì)界面結(jié)合差,電池難于進(jìn)行壓、彎、拉、卷等操作;另一方面,金屬高密度屬性增加了重量,使電池能量密度降低。針對(duì)目前實(shí)際,本研究基于超輕、柔性碳納米管宏觀膜(Carbon nanotube(CNT)macro-film,CMF),提出以其為集流體組裝LIBs。該法所得電池不但能量密度高(~170 W h kg-1),且能對(duì)其進(jìn)行折疊操作,這對(duì)可穿戴技術(shù)早日應(yīng)用具有重要意義。本文中利用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀、四探針測(cè)試儀、電化學(xué)工作站以及拉曼光譜等對(duì)CMF的理化性能進(jìn)行了研究,然后重點(diǎn)討論了CMF條件下電極材料的選擇,并使用X射線衍射以及X射線光電子能譜對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:CMF承載Li Co O2與Li4Ti5O12得到的LCO-CMF正極與LTO-CMF負(fù)極具有良好的電化學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上,組裝了全CMF基LIBs,對(duì)其相關(guān)性能展開了研究。最終,通過電池工藝的控制開發(fā)出了基于CMF的高性能可折疊LIBs。主要研究結(jié)果如下:(1)利用高石墨化程度的CNTs宏觀連續(xù)體制備的大尺寸(~3 m2)CMF具有密度低(~0.3 mg cm-2)、強(qiáng)度高(~80 Mpa)、導(dǎo)電性好(~300 S cm-1)并耐電流刺激的特點(diǎn);同時(shí),CMF表面束狀多孔結(jié)構(gòu)有利于改善電極材料和集流體接觸界面,起到了降低電極極化內(nèi)阻的作用。(2)電極材料的選擇是獲得高可逆性CMF基電極的關(guān)鍵。絕大多數(shù)正極材料的電位高于3.4 V(vs.Li/Li+),使用CMF集流體一般不存在問題。CMF如要發(fā)揮應(yīng)有效果,負(fù)極材料的Li+嵌脫電位需在0.9 V(vs.Li/Li+)之上,目前商業(yè)負(fù)極中僅Li4Ti5O12能滿足要求。(3)本研究中的CMF基電池在25°C時(shí)具有大于1000次的循環(huán)壽命,-20°C下時(shí)放電容量可達(dá)25°C的80%以上。超輕CMF的使用能顯著提高Li4Ti5O12電池的能量密度,低面密度條件下可抵消Li4Ti5O12電池工作電壓過低對(duì)能量密度的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)所得的CMF基可折疊電池在縱、橫折疊5次,面積減小至原來(lái)1/12的情況下仍可保持結(jié)構(gòu)完好且電化學(xué)性能無(wú)明顯變化。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 鐘盛文;胡經(jīng)緯;吳子平;梅文捷;;正極集流體為碳納米管宏觀膜的鋰離子電池及其性能[J];新型炭材料;2014年04期

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本文編號(hào)：1153856