基于碳納米管宏觀膜的高性能可折疊鋰離子電池研究.pdf

1、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

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(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LiC

3、oO2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(kāi)了研究。最終，通過(guò)電池工藝的控制開(kāi)發(fā)出了基于 CMF的高性能可折疊LIBs。主要研究結(jié)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(qiáng)度高（~80 Mpa）、導(dǎo)電性好（~300 S cm-1）并耐電流刺激的

4、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。
　?。?）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(wèn)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。
　?。?）本研究中的CMF基電池在2