基于磁场诱导自组装构筑高性能锂离子电池负极的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:minifeng
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当今全球环境污染与能源危机日趋严重,开发可持续发展的新型电化学储能技术迫在眉睫。在诸多的电化学储能器件中,锂离子电池兼具高容量、高输出电压、长循环寿命和绿色环保等优点,已被广泛应用于各类便携式电子设备及新能源汽车等领域。但Li+在电极中扩散缓慢,使锂离子电池的性能严重依赖电极的负载量,限制了锂离子电池的快速发展。本文以锂离子电池主要的商业化负极材料石墨作为研究对象,利用磁场诱导自组装技术构筑具有有序结构的石墨负极,以提升其在充放电过程中Li+传输速率,改善其结构稳定性。系统研究磁场诱导自组装技术-有序阵列结构-电化学性能三者之间的构效关系,同时构建了磁场诱导自组装的关键制备技术。此外,将此技术推广至MXene(Ti3C2Tx)材料,利用石墨作为支撑骨架,制备了有序排列结构的Ti3C2Tx电极。其展现出优异的电化学性能。具体研究内容如下:1.利用磁场诱导自组装技术制备有序排列结构的石墨锂电负极材料。研究了磁场诱导工艺参数对电极结构有序程度的影响。结果表明在37.5μl g-1和350 r min-1下制备的石墨电极展现出垂直于集流体的有序阵列结构。电化学测试表明,电极的有序排列结构,尤其是在高负载情况下,可以大大缩短Li+的传输路径,促进Li+在整个电极上的扩散动力学,倍率性能和循环稳定性得到了极大地提升。在2C下容量达到59.1 mAh g-1(为未磁场诱导自组装的电极的4.5倍),经过100圈循环后容量保持率为80%。2.首次将磁场诱导自组装技术拓展至Ti3C2Tx材料。当磁流体浓度为37.5μl g-1,转速为300 r min-1时,利用石墨作为支撑骨架,制备了有序排列结构的MXene电极,并系统地研究了有序排列结构对电化学性能的影响。结果表明,具有有序结构的电极在2 A g-1下的比容量为未磁场诱导CM-Ref电极的3.6倍,且具有良好的循环稳定性。
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