静电纺丝法制备柔性锂离子电池负极材料及其性能研究【毕业论文】.docVIP

杭州师范大学硕士论文  致谢 致谢 本论文是在李勇进教授和赵丽萍副教授的悉心教导下完成的。三年来，无论在学习上 还是在生活上，两位导师都给了我无微不至的关心和帮助。在此，我向两位导师表示由衷 的感谢。两位导师渊博的知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚 师德，严以律己、宽以待人的优秀品格，朴实无华、平易近人的人格魅力给我树立了一个 积极进取、乐观向上的人生榜样。他们敏锐的观察力、缜密的思考能力和善于把握科学前 沿的洞察力，将对我今后工作产生深深的影响。在硕士研究生学习期间，他们不仅在学习 上给予了我认真的指导，还使我明白了许多待人接物、为人处事的道理，并且在生活上也 给予了我极大的关心和帮助！ 感谢高分子工程与物理课题组由吉春老师、董文勇老师、王莲老师、曹肖君老师、梁 媛媛老师及其他关心和帮助过我的老师。 感谢本组的邢晨阳、水晓雪、张双双、邱继善、赵蒙蒙、蔡宇航、唐彦春、陈周丽、 马培、王亨缇、何美锋、陆凯、戴永旭、金明月、朱豫、曾蒙蒙、任方璐、叶丽军、吴涛、 郑鑫、林传信、叶翠翠、王艳媛、张俊情、赵婧馨等同学在学习与工作中给予的无私帮助！ 感谢学院所有老师在学习与生活中给予的关心与帮助！ 感谢国家自然科学基金、青年科学基金等研究项目给予论文的资助。 感谢一直关心与支持我的朋友们！特别感谢寝室的兄弟杨铭、张志明和夏洪峰以及材 化学院 2012 级全体研究生同学。两年来，我们朝夕相处，共同进步，感谢你们给予我的 所有关心和帮助。同窗之谊，我将终生难忘！ 感谢我的父母，给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会，养育之恩没齿难忘。 我的每一点成功和进步都离不开他们的关心和支持。 最后，谨以此论文献给我的家人！ 杭州师范大学硕士论文  静电纺丝法制备柔性锂离子电池负极材料及其性能研究 摘 要 轻、薄、柔性化是便携电子产品的重要发展趋势。传统的锂离子电池因其质量重和不 可弯折等缺点已经无法满足柔性电子设备对储能器件的要求。研制出更轻更薄且具有优异 可弯曲性能，同时具备高比功率、高能量密度、卓越的倍率性能的锂离子电池迫在眉睫。 电极作为锂离子电池的重要组成部分，柔性电极材料的开发成为柔性储能领域的研究热点 之一。目前，柔性电极材料研究中遇到的瓶颈问题，主要体现在以下两个方面：1）材料 制备效率太低；2）电池的电化学性能仍未达到传统锂离子电池水平，无法满足实际使用 的需要。针对上述问题，本论文开创性地提出将静电纺丝技术和高温煅烧工艺两种方法相 结合来制备柔性锂离子电池电极材料，不仅大大提高材料的制备效率，而且获得了具有优 异电化学性能和良好弯曲性能的柔性锂离子电池负极材料。主要研究内容如下： 一、MoO2/C 复合纳米纤维负极材料的制备及电化学性能研究 利用高压静电纺丝技术同时结合高温煅烧工艺制备具有柔性的 MoO2/C 复合纳米纤维 负极材料。该负极材料将柔性、碳包覆和纳米化等特点很好地结合在一起，有效地提高了 材料的导电性能和柔性，获得了良好电化学性能的柔性负极材料，为负极材料的设计提供 了新思路。在该负极材料中，1）纤维中的碳基体在电极中形成导电网络，提高电子的传 输效率；2）MoO2 颗粒呈纳米级均匀分散在碳基体中，促进电子/离子的传输效率，实现 MoO2 的储锂机理向转换反应机制转变，有效提高电池的比容量；3）纳米纤维网络的空隙， 为充放电过程中 MoO2 较大的体积变化，提供足够的缓冲空间，维持电极材料结构稳定， 提高循环稳定性。本论文还首次对这种纳米结构的形成机理进行了研究。此外，该负极材 料的一体化设计思路，无需任何粘结剂和导电剂，有效提高了活性物质的含量。 二、MWCNTs@MoO2/C 复合纳米纤维负极材料的制备及电化学性能研究 为进一步提高材料的柔性和电化学性能，将 MWCNTs 引入到复合材料体系中，利用 静电纺丝技术和高温煅烧工艺制备具有柔性的 MWCNTs@ MoO2/C 复合纳米纤维负极材 料。该负极材料将多壁碳纳米管、MoO2 和碳三者结合在一起，多壁碳纳米管充当芯， MoO2/C 的复合物充当外壳，形成新型的“纳米电缆”结构。多壁碳纳米管因其高的导电 性和优异的机械柔韧性能，不仅提高了电极材料的导电性能，而且使得材料的柔韧性能得 到了增强，同时提高锂离子的扩散速率和电极材料的利用效率。在保证材料柔性的前提下， I 杭州师范大学硕士论文  静电纺丝法制备柔性锂离子电池负极材料及其性能研究 通过控制高温煅烧工艺的条件，我们获得了活性物质 MoO2 负载量更高的负极材料，进一 步提高了电池的比容量。当 MWCNTs 相对于聚乙烯醇的含量为 4%时，在 50mA/g 的电流 密度下充放电 30 个循环后，电池比容量仍有 832.2mAh/g，较第二次充放电循环时的比容