碳納米管柔性導(dǎo)電纖維紙對(duì)LiNi1-3Co1-3Mn1-3O2三元正極材料電化學(xué)性能的影響.pdf

1、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元正極材料具有較高的比容量和能量密度，是當(dāng)前市場(chǎng)上最受歡迎的正極活性材料之一。鋁箔是傳統(tǒng)的鋰離子電池正極集流體，三元正極材料的集流體當(dāng)然也是鋁箔。集流體擔(dān)當(dāng)著收集和導(dǎo)出電流的功能，對(duì)電池的性能有著舉足輕重的作用。然而鋁箔密度大、比重高，而且也沒有其它額外的功能，因此對(duì)集流體的研究具有積極的意義。碳納米管是一種兼具強(qiáng)度和韌性的導(dǎo)電性優(yōu)異的小密度納米碳材料。石墨化處理后，碳管的結(jié)晶度、石墨化度和純度都

2、得到極大的改善。以紙纖維為基本骨架，復(fù)合碳納米管制備成碳納米管柔性導(dǎo)電纖維紙，不僅導(dǎo)電性能優(yōu)良，而且具有柔性的特征。此外碳納米管柔性導(dǎo)電纖維紙微觀表面凹凸不平、內(nèi)部孔隙豐富，與其它材料的親附性能極佳，同時(shí)也可以吸收存儲(chǔ)電解液，對(duì)極片的涂覆效果和內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)都有極大的改善。本文結(jié)合碳納米管柔性導(dǎo)電纖維紙的特點(diǎn)，以其代替鋁箔作為三元正極材料的集流體，碳納米管（CNTs）為導(dǎo)電劑，研究了二種集流體電池的電化學(xué)性能表現(xiàn)。與此同時(shí)，還進(jìn)行了碳納米

3、管石墨化處理、碳納米管柔性導(dǎo)電纖維紙制備、碳納米管添加量確定、碳納米管和傳統(tǒng)導(dǎo)電劑超級(jí)乙炔炭黑（SP）性能對(duì)比等前期鋪墊實(shí)驗(yàn)，獲得碳納米管最佳添加比例和電池性能對(duì)比數(shù)據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴石墨化處理可以提高碳納米管的結(jié)晶度、石墨化度、純度，使碳納米管純度達(dá)到99％以上。同時(shí)，石墨化消除或極大降低碳原子排列缺陷，使碳納米管管壁層上碳原子排列更加規(guī)整有序，提高CNTs的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而外觀形貌幾乎不變。⑵碳納米管柔性導(dǎo)電纖維紙

4、具有杰出的導(dǎo)電性能、良好的界面結(jié)合性能和豐富的孔隙吸液性能，表面電阻5.6Ω/Sq，同時(shí)兼有一定柔性。⑶將碳納米管按0.5wt%、1wt%、2wt%、5wt%、10wt%、20wt%等比例添加到三元材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）中，在3.0~4.2V電壓段，0.1C充放電倍率下，添加量5wt% CNTs，鋰離子電池比容量達(dá)到138mAh/g，電池循環(huán)性能表現(xiàn)較好。⑷在0.1C充放電倍率下，2.0~4.5V電壓段，5wt%

5、 CNTs添加量時(shí)，電池比容量達(dá)178mAh/g；5wt% SP添加時(shí)，電池比容量為162mAh/g。在倍率性能方面，添加CNTs也比SP表現(xiàn)出更好的效果。⑸實(shí)驗(yàn)中制備了三種正極材料電極：a)三元/5%CNTs/導(dǎo)電紙集流體電極，b）三元/5%CNTs/鋁箔集流體電極，c）三元/5%SP/鋁箔集流體電極。結(jié)果表明，0.1C倍率下，a,b,c三種電極首次放電比容量分別184mAh/g,178mAh/g和162 mAh/g。三元/5%CNT