金屬氧化物的自支撐柔性鋰離子負極材料制備及其電化學性能研究.pdf

1、目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛作為現(xiàn)代電子儀器和電動交通等領域的一種新型的儲能裝置而備受青睞，主要是因為鋰離子電池既擁有高的能量密度和反復充放電循環(huán)利用等特征，又擁有成本低污染性少等優(yōu)勢。然而，現(xiàn)階段，商業(yè)化的鋰離子電池的比容量并不是非常理想（理論比容量只有372 mAh/g），遠遠無法滿足電動汽車動力電源和太陽能等新能源的儲能設備方面的高功率、高能量的標準。而金屬氧化物作為鋰離子電池理想的負極材料，其理論比容量值遠遠比石墨材料高，安全性能也

2、比石墨材料好很多，在未來的市場具有非常好的發(fā)展空間而備受關注。但是，塊體材料的金屬氧化物導電性不好、充放電過程會引起的體積膨脹，而這些因素將導致其電化學性能大大降低。本文主要從金屬氧化物的不足方面尋找解決路徑，因而將金屬氧化物制備成納米級的片狀并均勻依附在3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)上，一方面保證了金屬氧化物與3D多孔結構導電基質(zhì)充分接觸，提高活性材料的導電性和利用率；另一個方面，這種自支撐柔性電極材料組裝成電池無需使用導電劑和粘

3、結劑等添加物，使電池制作過程方便簡單，同時也避免了自支撐柔性電極材料在充放電過程中粉體現(xiàn)象的發(fā)生，增強了自支撐柔性電極中活性材料的循環(huán)穩(wěn)定性能和比容量。
　　本文直接在3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)上生長金屬氧化物MnO2得到自支撐復合電極材料，體現(xiàn)了納米材料與自支撐柔性電極材料的優(yōu)勢，并通過水熱技術與電沉積技術優(yōu)化設計MnO2的納米結構與形貌，從而制備得到一系列具有良好電化學性能的MnO2電極，使電極材料在循環(huán)性能、穩(wěn)定性能

4、與倍率性能方面都有所改善，進而在此基礎上，將研究對象擴展到SnO2電極材料上。本文主要工作包括以下幾方面：
　　1．3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)的制備。首先，通過靜電紡絲技術制備得到大小均勻、表面光滑、相互交叉，具有3D多孔結構的PVDF的納米纖維膜；然后，將3D多孔結構的纖維膜通過敏化、活化預處理，再進行化學鍍，從而得到3D多孔結構的自支撐柔性的導電纖維膜，并將其應用于活性材料的導電基質(zhì)。其特點是一方面3D多孔結構提供了快

5、速的離子運輸通道，另一方面，大大提高了材料的導電率。
　　2.3D多孔結構的納米片MnO2/Ni/PVDF自支撐柔性電極材料的制備及儲鋰性能研究。分別采用水熱技術與電沉積技術在3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)上合成了兩種不同結構的納米片狀MnO2負極材料。通過SEM和TEM的結果表明：納米片構成的純相MnO2均勻地包覆在每一根3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)上，通過電化學測試結果表明：生長在3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)上

6、的納米片狀MnO2都具有優(yōu)良的電化學性能。
　　3．3D多孔結構SnO2/Ni/PVDF自支撐柔性電極材料的制備及儲鋰性能研究。首先，采用水熱技術在3D多孔結構的自支撐柔性的導電基質(zhì)上制備了納米片狀SnO2材料。對自支撐柔性電極材料充放電前后的形貌進行對比分析，結果表明在電化學測試之前納米片SnO2非常均勻地包覆在導電纖維表面，纖維之間的3D多孔結構非常完整，充放電循環(huán)60次后，每一根纖維的直徑增加了，纖維表面形成了一層厚厚的SE