基于电镀硅的柔性复合材料制备及其储锂性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhk42
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柔性电子产品是电子产品最具前景的发展方向之一,但由于传统电池往往不能承受弯曲、折叠等操作,严重限制了柔性电子产品的发展。本论文采用电沉积法制备了柔性三维硅/碳纳米管纸复合负极材料(Si/CNTs),重点研究了该复合电极的形貌、成分、力学等特性以及作为锂离子电池负极的储锂性能,探索了柔性复合负极在充放电过程中充放电行为及电极材料的变化规律,并进一步组装成柔性半电池。本论文主要结果如下:(1)以柔性的三维碳纳米管纸为导电基底,采取低成本的恒电流电沉积法制备柔性Si/CNTs复合负极材料,得到一种超薄、质轻、无粘结剂及独立支撑的柔性复合负极。结果表明,该复合电极保持了三维碳纳米管的多孔结构,硅沉积物牢牢地粘附在碳纳米管管壁之上;力学性能测试表明Si/CNTs电极具有良好的柔性,可以承受重复的弯曲和扭曲而不被破坏。(2)将上述柔性复合材料组成纽扣电池并进行电化学性能测试。测试结果表明:电沉积的硅是主要的活性材料;通过调控电沉积硅层的质量,可以有效提升复合电极的体积比容量。当硅负载量为2.3mg cm-2的电极在200mA g-1条件下,其体积比容量为1925mAh cm-3,高于目前大部分文献所报道的硅基柔性电极。但是,在体积比容量提升的同时,复合电极的倍率性能有所降低。(3)采用直接接触(类似于短路接触)预锂化的方法有效地解决了Si/CNTs电极首次库仑效率低的问题。(4)采用聚二甲基硅氧烷作为柔性封装材料,制备了Si/CNTs电极的柔性半电池。该柔性半电池具有良好的柔性,电压可达2V以上,能进行放电,且能点亮额定电压为1.8V的红色LED。综上,柔性Si/CNTs复合负极材料表现出了良好的柔性和优异的电化学性能,有望用作柔性锂离子电池的负极材料。本论文可为超薄柔性硅基负极的研究提供一定的指导和借鉴。
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