基于碳納米管宏觀膜的高性能可折疊鋰離子電池研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、移動互聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展推動了智能可穿戴設備的興起。全新的使用環(huán)境要求電源不但有長續(xù)航能力,還能對其進行壓、彎、拉、卷甚至折疊操作。作為目前綜合性能最優(yōu)的儲能器件,鋰離子電池(LIBs)被視為智能可穿戴設備的首選電源體系。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)界面結合差,電池難于進行壓、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。針對目前實際,本研究基于超輕、柔性碳納米管宏觀膜(Carbon

2、 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),且能對其進行折疊操作,這對可穿戴技術早日應用具有重要意義。本文中利用動態(tài)機械分析儀、四探針測試儀、電化學工作站以及拉曼光譜等對CMF的理化性能進行了研究,然后重點討論了CMF條件下電極材料的選擇,并使用X射線衍射以及X射線光電子能譜對相關結構和表面狀態(tài)進行了研究。結果表明:CMF承載LiC

3、oO2與Li4Ti5O12得到的LCO-CMF正極與LTO-CMF負極具有良好的電化學性能。在此基礎上,組裝了全CMF基LIBs,對其相關性能展開了研究。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。主要研究結果如下:
 ?。?)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)、強度高(~80 Mpa)、導電性好(~300 S cm-1)并耐電流刺激的

4、特點;同時,CMF表面束狀多孔結構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。
 ?。?)電極材料的選擇是獲得高可逆性CMF基電極的關鍵。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)揮應有效果,負極材料的Li+嵌脫電位需在0.9 V(vs.Li/Li+)之上,目前商業(yè)負極中僅Li4Ti5O12能滿足要求。
  (3)本研究中的CMF基電池在2

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