【摘 要】
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锂离子电池由于其高能量密度、长寿命等优点已广泛应用于各种电子设备中。随着小型化、智能化设备的快速发展,新型柔性、可穿戴电子设备为人们的生活提供了极大的便利。为此,柔性锂离子电池的设计和开发也得到了极大的重视。传统锂离子电池负极材料容量低,而且电极制备工艺无法满足制备柔性电极要求,因此开发柔性的高容量、轻便的一体化电极具有重要的意义。为此,本课题以柔性棉布为基底,经化学镀、原位刻蚀、热处理、碳纳米管
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锂离子电池由于其高能量密度、长寿命等优点已广泛应用于各种电子设备中。随着小型化、智能化设备的快速发展,新型柔性、可穿戴电子设备为人们的生活提供了极大的便利。为此,柔性锂离子电池的设计和开发也得到了极大的重视。传统锂离子电池负极材料容量低,而且电极制备工艺无法满足制备柔性电极要求,因此开发柔性的高容量、轻便的一体化电极具有重要的意义。为此,本课题以柔性棉布为基底,经化学镀、原位刻蚀、热处理、碳纳米管改性等工艺,将棉布基底转变为柔性的碳基底,同时将高理论容量金属氧化物原位生长于柔性基底的表面,实现高性能柔性一体化负极的制备。具体内容如下:1、柔性氧化铜一体化电极的开发。利用化学镀工艺在棉布基底(CT)上镀铜作为导电层,并通过对不同的工艺条件的探索,成功的制备了镀铜棉织物基底的电极(CCT),电阻率为1.62Ω·cm。它可以经受住空气中250℃的热处理还可以保持一定的柔性。用腐蚀法将CCT的镀铜层原位转变为氢氧化铜,再通过烧结将氢氧化铜转变为氧化铜作为锂离子电池的负极活性物质,形成CCT/CuO结构的电极,但此结构的电极仅能够提供115μAh/cm2容量。期间利用浸染碳纳米管提升了基底的导电性,同时将其与氧化铜复合形成交联的导电网络,最终制备出CCT@CNT/CuO结构的电极,它的循环容量可达到700μAh/cm2以上(电流密度为88.5μA/cm2,循环100圈)。2、柔性碳支撑氧化镍一体化电极的开发与改性。利用化学镀法在棉布基底上沉积镍金属层作为柔性电极,该电极电阻率仅为1.08Ω·cm。经热处理后,基底在部分碳化的同时,保持了棉布基底原有的柔性,碳化后此柔性基底可提供5 00μAh/cm2的容量。该柔性基底在200℃的水热条件下刻蚀反应24h不会发生分解溃烂,镀镍层也无脱落,表明金属镀层与棉布基底结合紧密。经刻蚀后,表面金属镍表层部分转变为氢氧化镍,再经热处理得到柔性氧化镍一体化电极。该电极循环15圈后可提供800μAh/cm2以上的容量,通过碳纳米管改性可以进一步提高柔性电极的导电性和循环性能。
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