金屬氧化物的自支撐柔性鋰離子負(fù)極材料制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛作為現(xiàn)代電子儀器和電動(dòng)交通等領(lǐng)域的一種新型的儲(chǔ)能裝置而備受青睞，主要是因?yàn)殇囯x子電池既擁有高的能量密度和反復(fù)充放電循環(huán)利用等特征，又擁有成本低污染性少等優(yōu)勢。然而，現(xiàn)階段，商業(yè)化的鋰離子電池的比容量并不是非常理想（理論比容量只有372 mAh/g），遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力電源和太陽能等新能源的儲(chǔ)能設(shè)備方面的高功率、高能量的標(biāo)準(zhǔn)。而金屬氧化物作為鋰離子電池理想的負(fù)極材料，其理論比容量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)比石墨材料高，安全性能也

2、比石墨材料好很多，在未來的市場具有非常好的發(fā)展空間而備受關(guān)注。但是，塊體材料的金屬氧化物導(dǎo)電性不好、充放電過程會(huì)引起的體積膨脹，而這些因素將導(dǎo)致其電化學(xué)性能大大降低。本文主要從金屬氧化物的不足方面尋找解決路徑，因而將金屬氧化物制備成納米級的片狀并均勻依附在3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)上，一方面保證了金屬氧化物與3D多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)電基質(zhì)充分接觸，提高活性材料的導(dǎo)電性和利用率；另一個(gè)方面，這種自支撐柔性電極材料組裝成電池?zé)o需使用導(dǎo)電劑和粘

3、結(jié)劑等添加物，使電池制作過程方便簡單，同時(shí)也避免了自支撐柔性電極材料在充放電過程中粉體現(xiàn)象的發(fā)生，增強(qiáng)了自支撐柔性電極中活性材料的循環(huán)穩(wěn)定性能和比容量。
　　本文直接在3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)上生長金屬氧化物MnO2得到自支撐復(fù)合電極材料，體現(xiàn)了納米材料與自支撐柔性電極材料的優(yōu)勢，并通過水熱技術(shù)與電沉積技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)MnO2的納米結(jié)構(gòu)與形貌，從而制備得到一系列具有良好電化學(xué)性能的MnO2電極，使電極材料在循環(huán)性能、穩(wěn)定性能

4、與倍率性能方面都有所改善，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，將研究對象擴(kuò)展到SnO2電極材料上。本文主要工作包括以下幾方面：
　　1．3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)的制備。首先，通過靜電紡絲技術(shù)制備得到大小均勻、表面光滑、相互交叉，具有3D多孔結(jié)構(gòu)的PVDF的納米纖維膜；然后，將3D多孔結(jié)構(gòu)的纖維膜通過敏化、活化預(yù)處理，再進(jìn)行化學(xué)鍍，從而得到3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電纖維膜，并將其應(yīng)用于活性材料的導(dǎo)電基質(zhì)。其特點(diǎn)是一方面3D多孔結(jié)構(gòu)提供了快

5、速的離子運(yùn)輸通道，另一方面，大大提高了材料的導(dǎo)電率。
　　2.3D多孔結(jié)構(gòu)的納米片MnO2/Ni/PVDF自支撐柔性電極材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究。分別采用水熱技術(shù)與電沉積技術(shù)在3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)上合成了兩種不同結(jié)構(gòu)的納米片狀MnO2負(fù)極材料。通過SEM和TEM的結(jié)果表明：納米片構(gòu)成的純相MnO2均勻地包覆在每一根3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)上，通過電化學(xué)測試結(jié)果表明：生長在3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)上

6、的納米片狀MnO2都具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。
　　3．3D多孔結(jié)構(gòu)SnO2/Ni/PVDF自支撐柔性電極材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究。首先，采用水熱技術(shù)在3D多孔結(jié)構(gòu)的自支撐柔性的導(dǎo)電基質(zhì)上制備了納米片狀SnO2材料。對自支撐柔性電極材料充放電前后的形貌進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明在電化學(xué)測試之前納米片SnO2非常均勻地包覆在導(dǎo)電纖維表面，纖維之間的3D多孔結(jié)構(gòu)非常完整，充放電循環(huán)60次后，每一根纖維的直徑增加了，纖維表面形成了一層厚厚的SE