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、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展推動了智能可穿戴設(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(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(shù)早日應(yīng)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(xué)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(guān)結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)進行了研究。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）、強度高（~80 Mpa）、導(dǎo)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(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題。CMF如要發(fā)揮應(yīng)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。
　?。?）本研究中的CMF基電池在2