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随着技术进步和人们对电子产品要求的提高,便携式电子器件向着多元化发展,一些可穿戴电子产品也随之出现,这就要求为能为这些设备提供电源的储能装置也同样向着轻量、高效、柔性等方向发展。本课题参考目前锂离子电池柔性电极的研究成果,选用石墨烯的自支撑体和静电纺丝炭化纳米纤维膜为兼集流体和储能性为一体的柔性基体材料,逐步探索成型工艺,并进一步掺杂高比容量金属氧化物进行改性,利用不同材料的协同作用提升电极整体电化学性能,无需研磨涂覆以保证材料完整性,制备出了高性能无集流体、导电剂、粘合剂的柔性自支撑电极,并进行了 SEM、XRD、XPS、FT-IR、TGA等表征和锂离子电池负极性能测试。具体研究内容如下:(1)用电化学插层法与Hummers法结合制备出片径达0.3 mm以上的大尺寸氧化石墨烯。对比多种成膜工艺得出“冷冻干燥压膜”法制备出的石墨烯柔性电极材料不仅结构性能最优,而且生产效率高,在0.1 A·g-1电流密度下初期比容量可达582 mAh·g-1。使用全新的工艺方法将该大石尺寸石墨烯与模板法合成的球径500 nm、球壳厚度50 nm、粒径分散均匀结构完整的中空SnO2微球进行共混掺杂,冷冻干燥压膜得到自支撑石墨烯/中空SnO2电极材料,在保证材料自支撑性的基础上提高掺杂含量,得到SnO2含量高达63%的且各项性能最优的HSN-30,首放比容高达1355.9 mAh·g-1,首充比容高达930.5 mAh·g-1 100次循环充放电后仍保持了556.7 mAhg-1,电化学性能优于目前报导的石墨烯/SnO2柔性电极材料,也为其他纳米级活性材料与石墨烯掺杂的柔性电极制备提供了可行性指导。(2)通过静电纺丝聚丙烯腈(PAN)经固化、炭化制备出具有一定柔性的纳米无定型过渡碳纤维膜(CNF),单独作为锂离子电池负极材料使用,O.1A.g-1电流密度测试下首放比容为657 mA h·g-1,100次循环后仍保持有398mAh·g-1。以乙酸钴为Co3O4前驱体掺杂后进行一系列掺杂含量和炭化温度对比,得出炭化温度700℃、掺杂比例为PAN:乙酸钴为5:1的CNF5-Co-700储锂性能最优,炭化过程形成了非晶态的Co3O4,均匀分散在纳米纤维内部,材料整体有极好的自支撑性且具有一定的可弯折柔性。做为锂电负极材料使用,首放比容达977.7 mA h·g-1,首次库伦效率80%,30次循环后电极的比容量仍维持621.2 mAh·g-1。