基于碳納米管膜的柔性電纜式電池與高電壓電池研究.pdf

1、信息化時代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越發(fā)達，各種便攜式、可穿戴電子設(shè)備快速發(fā)展。柔性電子設(shè)備的使用環(huán)境要求決定了電源系統(tǒng)要具有長的續(xù)航能力、可彎曲、折疊等操作能力。鋰離子電池（LIBs）成為了首選儲能電源，然而，傳統(tǒng)LIBs集流體采用金屬Al箔、Cu箔，活性材料與其間的界面強度不夠，不能用于彎曲，折疊等操作。針對上面問題，本課題使用柔性碳納米管宏觀膜（Carbon nanotube macro-film,CMF）作為電極集流體，正、負極分別采用Li

2、CoO2（LCO）、Li4Ti5O12（LTO）涂覆于CMF表面，組裝成電纜式電池，并研究其電化學(xué)性能與可操作性。研究發(fā)現(xiàn)這種柔性電纜式電池充放電循環(huán)性能穩(wěn)定，具有可彎曲、纏繞、打結(jié)等可操作性，但工作電壓比較低（2.5 V），不能直接應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備。為解決這一難題，本課題主要針對CMF，利用十七氟癸基三乙氧基硅烷對CMF表面改性，建立疏電解液硅氧烷層，然后利用納米Cu纖維與納米Cu片（Nano copper fiber and s

3、heet, NFSC）構(gòu)建活性材料與CNTs導(dǎo)電橋梁通道和納米結(jié)構(gòu)表面，碳化處理去除雜質(zhì)后，石墨直接涂覆其復(fù)合膜表面，提高了全電池的工作電壓。本文采用紅外光譜對氟化改性后的CMF表面基團進行表征，場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）觀察電沉積NFSC后復(fù)合膜表面形貌，并使用X射線衍射以及X射線光電子能譜對相關(guān)元素表征。結(jié)果表明：對CMF表面進行改性構(gòu)建能夠作為高電壓電池負極Graphite集流體。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴該電纜式電池

4、裝置具有可彎曲、纏繞、打結(jié)等操作而不影響其電化學(xué)性能發(fā)揮，具有作為導(dǎo)線與儲能雙功能特性。具有穩(wěn)定的電化學(xué)循環(huán)性能及倍率性能和高達125Wh kg-1能量密度與370Wkg-1功率密度，及0.98 mAh cm-1長度容量密度。⑵利用十七氟癸基三乙氧基硅烷對CMF表面進行氟化修飾改性，嫁接了一層具有疏油性質(zhì)的硅氧烷膜。電沉NFSC積構(gòu)建納米表面結(jié)構(gòu)，利用NFSC建立電子傳輸橋梁通道，連接CNTs與活性材料石墨，使得NFSC-FCMF（氟化

5、CMF）復(fù)合膜具有高導(dǎo)電性，表面納米結(jié)構(gòu)有利于負極石墨粘結(jié)，使其可作為高電壓平臺全電池負極集流體。⑶LCO-CMF/ Graphite-NFSC-FCMF（碳化處理）全電池電壓在3.7 V，相比較LCO-CMF/LTO-CMF全電池電壓提高了1.2V，這種新型CMF表面氟化修飾構(gòu)筑，構(gòu)筑NFSC-FCMF集流體具有一定的疏電解液性能，LCO-CMF/ Graphite-NFSC-FCMF（碳化處理）全電池充放電循環(huán)性能優(yōu)良，充放電循環(huán)1