柔性纤维状钠离子电池负极材料的制备及其性能研究

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随着柔性可穿戴电子设备的快速发展,开发具有优异柔韧性的纤维状钠离子电池已经成为能源存储领域的研究热点之一。为了满足柔性可穿戴电子器件的供电需求,柔性储能设备必须具有较高的能量密度和柔韧性。本文采用纳米级电极材料和一体化自支撑电极结构,从而获得具有高能量密度和优良的弯曲稳定性的柔性钠离子电池负电极。本论文主要有以下两个方面内容:(1)柔性一体化硫掺杂TiO2(S-TiO2)电极:首先,在钛丝表面阳极氧化制备均匀的TiO2纳米管阵列。然后,采用硫化掺杂处理获得具有良好导电性的自支撑S-TiO2纳米管阵列电极材料。通过硫化处理后的TiO2纳米管电极具有良好的导电能力,能够加快电子的传输,同时,丰富的纳米管结构有利于电解液离子的扩散。柔性自支撑的S-TiO2纳米管电极具有良好的导电性和钠离子扩散动力行为,从而改善了TiO2的储钠能力。柔性S-TiO2作为电极,在40 mA g-1的电流密度下,测得的比容量为180 mAh g-1,能量密度为114 Wh kg-1。(2)高能量密度的柔性Sn电极:TiO2的储钠能力有限,能量密度低。在柔性三维S-TiO2纳米管阵列的基础上,采用脉冲电沉积法制备一种Sn@S-TiO2的柔性纤维状钠离子电池负极材料。Sn@S-TiO2作为柔性电极具有855 mAh g-1的比容量,能量密度高达500 Wh kg-1。基于Sn@S-TiO2电极组装的纤维状钠离子电池在286 mA g-1的电流密度下,循环700圈后,仍具有310 mAh g-1的容量,表明该纤维状钠离子电极材料具有良好的循环稳定性和较高的可逆容量。除此之外,纤维状电池分别在不同弯曲角度下进行充放电测试,在弯曲180°时仍有560mAh g-1的可逆容量,反复弯曲500次后(120°),可逆容量仍具有550 mAh g-1
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