碳納米管在柔性紙質(zhì)鋅錳電池中的應(yīng)用.pdf

1、科技的進(jìn)步，使得當(dāng)今使用的各種便攜個(gè)人電子產(chǎn)品在不斷更新?lián)Q代，越薄、越輕便更是現(xiàn)時(shí)代消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品的首要指標(biāo)，電池也必須隨著這一變化向薄和輕便發(fā)展。而科學(xué)發(fā)展觀，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，更需要電池小型化、輕型化并對(duì)環(huán)境零污染。本研究采用以二氧化錳為正極，鋅為負(fù)極的鋅錳電池制備成柔性紙質(zhì)電池，探究新型納米材料碳納米管在柔性鋅錳電池中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)利用碳納米管、乙炔炭黑、石墨摻雜在正極材料中作為導(dǎo)電劑，研究其有效的氯化物電解質(zhì)溶液配比，

2、并制備出高導(dǎo)電性能的碳納米管紙作為柔性集流體。實(shí)驗(yàn)證明，碳納米管是構(gòu)建柔性電極的理想材料，獨(dú)特的管狀結(jié)構(gòu)使得碳納米管無論是作為導(dǎo)電劑，還是其宏觀材料碳納米管紙作為集流體，均能在一定程度上提高柔性鋅錳電池的性能。
　　化學(xué)氣相沉積法制備得的碳納米管團(tuán)簇彎曲、表面雜質(zhì)較多，并且有較多缺陷，使用酸化處理和石墨化處理能有效地改善其性能，去除雜質(zhì)提高其純度，修復(fù)缺陷，分散并斷開團(tuán)簇的碳納米管，使得碳納米管在改性電池放電性能中達(dá)到預(yù)期的效果。

3、
　　碳納米管、石墨、乙炔炭黑作為柔性鋅錳電池正極導(dǎo)電劑，都能改善電池的放電時(shí)間和放電容量。碳納米管作導(dǎo)電劑時(shí)，電池在0.2mA電流放電下，放電時(shí)間達(dá)到252h，容量達(dá)到50.2mAh。當(dāng)鋅錳電池的放電電流不斷升高時(shí)，電池的容量都有所下降。其中未摻雜導(dǎo)電劑的電池容量損失最多，達(dá)到62.3％，而摻雜導(dǎo)電劑的電池容量損失依次為43.7%、40.2%和13.7%。摻雜碳納米管的電池容量損失最小。說明了碳納米管在大電流放電時(shí)放電性能的優(yōu)越

4、性，相比乙炔炭黑和石墨具有明顯的優(yōu)勢(shì)，有很大的應(yīng)用開發(fā)價(jià)值。柔性鋅錳電池的電解質(zhì)溶液應(yīng)用氯化鋅和氯化銨的混合溶液，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短。最理想的電解質(zhì)溶液組成為4.9mol/L左右的氯化銨和0.7mol/L左右的氯化鋅混合電解質(zhì)，并且在電解質(zhì)溶液加入少量的氯化鈣，可以減緩電池的自放電，使其儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)。
　　利用碳納米管紙作高導(dǎo)電的柔性集流體，開創(chuàng)了一種制作柔性鋅錳電池的新方案。碳納米管紙的電化學(xué)性能優(yōu)越，制備的柔性鋅錳電池具有良好的機(jī)械

5、柔性，彎曲狀依舊保持電壓穩(wěn)定。制備碳納米管時(shí)采用較長(zhǎng)時(shí)間高速剪切，可以使碳納米管與紙漿均勻分散，紙漿與碳納米管比例為2:1時(shí)的碳納米管導(dǎo)電紙性能較好。碳納米管比例越多反而會(huì)使碳納米管發(fā)生團(tuán)簇，影響導(dǎo)電紙性能。與傳統(tǒng)集流體石墨相比，碳納米管紙作為集流體的柔性鋅錳電池放電時(shí)間更持久且比容量、比能量密度得到提高。柔性鋅錳電池集流體的電阻并不是影響電池放電性能的唯一因素，并且碳納米管紙滾壓后密度對(duì)電池放電性能有著較大的影響，密度在0.6—0.7

6、g/cm3范圍內(nèi)的碳納米管紙使得電池放電效果最佳，適度滾壓能提高其導(dǎo)電性和電池放電性能，過度滾壓反而會(huì)使其放電性能降低。
　　采用將正極活性材料涂覆在碳納米管導(dǎo)電紙集流體的柔性鋅錳電池的新工藝，能有效的提高單位體積內(nèi)正極材料的含量，改善正極材料堆積和脫落的現(xiàn)象，提高電池的放電時(shí)間和容量，盡管涂覆的正極活性材料質(zhì)量更大，但柔性鋅錳電池卻還保持高比容量，最高能達(dá)到140mAh/g。正極和集流體一體化，與柔性鋅錳電池以往的工藝時(shí)涂覆在漿