论文部分内容阅读
开发轻、薄、柔的储能装置是便携式电子器件的趋势。锂离子电池由于高能量密度、长寿命等优点,在便携设备的储能装置中处重要地位。锂离子电池的重要组成部分是电极材料,开发出适应电池不同形变的柔性电极材料是关键。炭纤维基材料因其优异的导电性和机械性能,在构建自支撑电极材料中占重要地位。磷酸铁锂（LiFePO4）和钛酸锂(Li4Ti5O12)因良好的热稳定性、倍率性能和循环性能,在锂离子电池领域被广泛应用。本论文分别采用涂覆法和静电纺丝法,将柔性炭纤维与LiFePO4和Li4Ti5O12相结合,制备出活性炭纤维基LiFePO4\C（LFP/CF）复合正极和Li4Ti5O12\C（LTO/CF）复合负极,并组装成凝胶态电池,以多种先进表征手段对其一系列电化学性能进行检测。本论文的主要研究内容及取得的成果如下:（1）以柔性活性炭纤维布为载体,利用涂覆负载法制备了高负载量的LFP/CF复合正极和LTO/CF复合负极。制得的LFP/CF正极和LTO/CF负极,能实现较高的活性物质负载量和强的氧化还原反应能力。LFP/CF复合正极在1C下的初始容量为150.4mAhg-1,循环425次后,容量保持率为74.7%,5C下放电时,初始容量为130mAhg-1,经370次循环后容量保持率为61.5%。LTO\CF复合负极,1C下,首次放电比容量是148.8mAhg-1,在5C下进行测试时,循环160圈后,容量保持率为86.2%。（2）通过静电纺丝工艺,制备了柔性自支撑结构LFP/C纤维正极和LTO/C纤维负极。通过探索,发现分别在750℃15h和800℃5h条件下得到的LFP/C纤维正极、LTO/C纤维负极,在保持良好形貌的前提下、能得到比较纯的物相,且可直接裁片作为电极,无需粘合剂、集流体。750℃15h的LFP/C纤维正极,在0.1C、1C的倍率下,首次放电比容量分别是157.7mAh/g、120.1mAh/g,电极在所有的循环过程效率保持在100%。800℃5h的LTO/C纤维负极,在1C下初始放电比容量为137.7mAhg-1,经700次循环后容量保持率为74.1%,在5C下的首次放电容量为115mAhg-1,100圈后容量保持率为75.3%。（3）将纺丝法中最佳热处理条件下的LFP\C纤维正极和LTO\C纤维负极,分别组装成凝胶态电池。制备的LFP/C凝胶态电池,在0.05C、0.1C下的放电比容量分别能达到110.1mAh/g、114.3mAh/g,在0.1C下循环100圈以后,效率达到100%,循环450圈后放电比容量维持在98mAh/g。制备的LTO/C凝胶态电池,在0.05C、0.1C下的放电比容量分别是131.2mAh/g、103.7mAh/g,在0.1C下循环600圈,容量还能保持在60mAh/g。