靜電紡絲法制備柔性鋰離子電池負極材料及其性能研究.pdf

1、輕、薄、柔性化是便攜電子產品的重要發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的鋰離子電池因其質量重和不可彎折等缺點已經無法滿足柔性電子設備對儲能器件的要求。研制出更輕更薄且具有優(yōu)異可彎曲性能，同時具備高比功率、高能量密度、卓越的倍率性能的鋰離子電池迫在眉睫。電極作為鋰離子電池的重要組成部分，柔性電極材料的開發(fā)成為柔性儲能領域的研究熱點之一。目前，柔性電極材料研究中遇到的瓶頸問題，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：1）材料制備效率太低；2）電池的電化學性能仍未達到傳統(tǒng)鋰離子電

2、池水平，無法滿足實際使用的需要。針對上述問題，本論文開創(chuàng)性地提出將靜電紡絲技術和高溫煅燒工藝兩種方法相結合來制備柔性鋰離子電池電極材料，不僅大大提高材料的制備效率，而且獲得了具有優(yōu)異電化學性能和良好彎曲性能的柔性鋰離子電池負極材料。主要研究內容如下：
　　一、MoO2/C復合納米纖維負極材料的制備及電化學性能研究
　　利用高壓靜電紡絲技術同時結合高溫煅燒工藝制備具有柔性的MoO2/C復合納米纖維負極材料。該負極材料將柔性、碳

3、包覆和納米化等特點很好地結合在一起，有效地提高了材料的導電性能和柔性，獲得了良好電化學性能的柔性負極材料，為負極材料的設計提供了新思路。在該負極材料中，1）纖維中的碳基體在電極中形成導電網絡，提高電子的傳輸效率；2）MoO2顆粒呈納米級均勻分散在碳基體中，促進電子/離子的傳輸效率，實現(xiàn)MoO2的儲鋰機理向轉換反應機制轉變，有效提高電池的比容量；3）納米纖維網絡的空隙，為充放電過程中MoO2較大的體積變化，提供足夠的緩沖空間，維持電極材料

4、結構穩(wěn)定，提高循環(huán)穩(wěn)定性。本論文還首次對這種納米結構的形成機理進行了研究。此外，該負極材料的一體化設計思路，無需任何粘結劑和導電劑，有效提高了活性物質的含量。
　　二、MWCNTs@MoO2/C復合納米纖維負極材料的制備及電化學性能研究
　　為進一步提高材料的柔性和電化學性能，將MWCNTs引入到復合材料體系中，利用靜電紡絲技術和高溫煅燒工藝制備具有柔性的MWCNTs@ MoO2/C復合納米纖維負極材料。該負極材料將多壁碳納

5、米管、MoO2和碳三者結合在一起，多壁碳納米管充當芯，MoO2/C的復合物充當外殼，形成新型的“納米電纜”結構。多壁碳納米管因其高的導電性和優(yōu)異的機械柔韌性能，不僅提高了電極材料的導電性能，而且使得材料的柔韌性能得到了增強，同時提高鋰離子的擴散速率和電極材料的利用效率。在保證材料柔性的前提下，通過控制高溫煅燒工藝的條件，我們獲得了活性物質MoO2負載量更高的負極材料，進一步提高了電池的比容量。當MWCNTs相對于聚乙烯醇的含量為4％時，

6、在50mA/g的電流密度下充放電30個循環(huán)后，電池比容量仍有832.2mAh/g，較第二次充放電循環(huán)時的比容量基本沒有變化，體現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　三、石墨烯對MoO2/C復合納米纖維負極材料結構和電化學性能影響的初步探索
　　石墨烯作為一種新型的納米碳材料，具有很高的電子遷移率和優(yōu)異的力學性質。我們將氧化石墨烯引入到紡絲纖維中，控制在還原氣氛下的高溫煅燒條件，不僅得到MoO2納米顆粒，同時將氧化石墨烯進行部分還原，得