柔性锂离子电池用PTFE基干法电极的制备及性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wdq007
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随着智能时代的到来,便携式电子产品的市场需求朝着柔性化、轻质化、微型化的方向转变,推动了与之匹配的柔性锂离子电池的发展。但金属集流体(铜箔/铝箔)的使用以及湿浆料涂覆的传统工艺设计制约了锂离子电池在柔性储能领域的应用。针对传统金属集流体在柔性电极方面应用的不足,本论文提出了一种使用聚四氟乙烯(PTFE)为粘结剂的干法电极制备工艺,通过纤维网状的PTFE与电极活性物质的复合处理制备自支撑柔性电极,以实现电池器件本征柔性。制备不同工艺参数(温度、活性物质配比、粘结剂含量)下的柔性干法电极,并利用接触角测试、扫描电子显微镜等表征手段和恒流充放电循环、循环伏安法等电化学测试对柔性电极的润湿性、结构和形貌以及电化学行为进行分析。干法电极中PTFE粘结剂以纤维形式存在,均匀缠绕和包裹着电极材料颗粒,形成“珍珠串结构”从而实现良好的柔性与形变能力。热处理温度的升高会增大电极的拉伸强度,同时降低电解液润湿性,长循环性能结果表明热处理温度为260℃时电极性能最佳。此外,导电剂和粘结剂过多或过少加入都不利干法电极的电性能,粘结剂含量对石墨负极的首次库伦效率影响明显,PTFE加剧了0.55 V-0.2 V范围内电解液的分解并加速SEI膜的生成。综合长循环性能、倍率性能等对比,发现钴酸锂(LiCoO2)正极最优配比为78:15:7,石墨(Graphite)负极最佳配比为85:10:5。组装并分析基于LiCoO2/Graphite不同容量配比(N/P)下的干法电极全电池体系的电性能影响。结果表明未处理的电极在N/P为0.9时表现出最佳的长循环性能和倍率性能,有效弥补首圈锂损失造成的库伦效率低的问题。预锂化处理能够改善不可逆的锂消耗,提升全电池的充放电循环性能,当负极预锂化30 min时,N/P比为1.0的扣式全电池的首次放电(脱锂)面容量为1.89m Ah·cm-2,首次库伦效率为33.09%,循环70圈后仍发挥出1.24 m Ah·cm-2的放电面容量。组装的软包全电池在不同形变条件下表现出良好的面容量,但形变过程中发生的正负极接触紧密性下降以及极耳与电极的接触阻值增大容易导致电池极化增大,可逆容量明显衰减。
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