柔性钒氧化物/石墨烯电极的制备及性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

众所周知,随着人类社会的发展,人们对能源的需求越来越大。而煤,石油,天然气等传统能源储量有限。为此人们不得不开发新的能源以满足人类自身的需求。与之而来的,便是高效绿色的储能体系的研发[1]。小到手机,数码相机,平板电脑,笔记本电脑等日常生活中的便携电子设备,大到电瓶车,电动汽车甚至更大规模的储能电网,电池都发挥着至关重要的作用[3~5]。自二十世纪九十年代以来,锂离子电池以其优异的循环稳定性和高能量密度得到了大规模的普及和广泛的应用。目前,锂离子电池仍然是最吸引人的电化学储能装置,尤其是在小型便携电子设备中。然而,受限于传统的电极制备工艺,无法实现电池在弯曲状态下使用。目前,许多公司推出了柔性电子产品,例如:前不久发布的HUAWEI Mate x 折叠屏手机,透明的屏幕可以180°弯曲翻折,并且手机很薄。但是其采用的电池依然是传统的块状电池,毫无柔性可言。像这样的柔性显示屏、柔性传感器、可穿戴设备等各种柔性电子设备越来越多的出现,发展与之匹配的具有柔性、轻薄的储能设备已是当务之急[2]

我们知道,柔性电池要发展,必然要基于传统电池做出突破。在传统电池最为重要的集流体、电极材料和电解质三方面,近年来国内外有了很大进展。

在集流体方面,Cho课题组[3]做过有机聚合物/金属复合物集流体,他们在经过氧离子处理的传统电池隔膜聚丙烯的表面上镀上了一层Cu作为集流体,他们提出的用多孔膜作为柔性集流体的结构对于在弯曲程度不大的条件下使用的电池来说取得了很好的效果。也有课题组在做基于碳材料的集流体,碳的导电性能良好,质轻且具有强于金属的柔性,因此基于碳纳米管的集流体引起了研究人员的广泛关注。他们将碳纳米管与活性物质一起压成分层的薄片结构,形成完整的电极[4]。Fanic课题组[5]利用多壁碳纳米管阵列作为集流体,将电极材料涂覆在其表面。在0.1C的倍率下,循环50周后容量保持率高达99.1%,在2C的倍率下,容量保持在326mAh/g。

在电极材料方面,传统电池以含锂的过渡金属氧化物混合粘结剂,导电剂,研磨均匀后涂覆在金属集流体上。柔性电池要克服在反复弯折中电极材料脱落的问题,就必须脱离集流体的设计。

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