关键词： 超级电容器   电极材料   MnO2   纳米棒  

摘要： 以Mn Cl_2、KMn O_4和Na OH为反应物原料,采用液相氧化还原法制备得到层状二氧化锰中间体,然后以层状二氧化锰和Na OH为原料,采用水热法制备了OMS-5型(八面体分子筛)纳米Mn O_2电极材料。分别用X射线衍射光谱、扫描电镜和傅里叶-红外光谱等表征样品的晶体结构、形貌和键合特性;采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法研究其电化学性能。结果表明:OMS-5型纳米Mn O_2结晶良好,直径约为50 nm;在0.5 mol/L的Li_2SO_4和Na_2SO_4电解液中,电流密度为0.1 A/g时,其比电容分别为47.4、170.3 F/g;等效串联电阻和漏电流小,在Na_2SO_4电解液中展现出良好的循环稳定性,表明该OMS-5型纳米Mn O_2是一种可能具有应用前景的超级电容器电极材料。

关键词： 铜基非晶合金   纳米多孔铜   二氧化锰   MnO2/NPC复合电极材料   超级电容器   电化学性能  

摘要： 本论文选用快速凝固技术与自由脱合金相结合的方法制备三维双连续、孔洞结构均匀的纳米多孔铜(Nanoporous copper,NPC)。并以NPC作为衬底材料,采用无水乙醇还原高锰酸钾的化学沉淀法制备MnO/NPC复合电极材料。具有高比表面和优异导电性能的NPC作为电极衬底材料可以大幅度提高MnO颗粒的分散度和电极材料的导电性,从而使MnO电活性物质被充分利用,比电容得到提高。课题研究内容:利用CuZr、CuZrNb和CuZrAg非晶条带在0.5 mol/L HF溶液中脱合金制备NPC,脱合金产物分别记为NPC1、NPC2和NPC3。进而与MnO复合得到MnO/NPC复合电极材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分别分析了NPC和复合电极材料的相组成、微观形貌和元素构成及价态。通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗测试研究了复合电极材料的电化学性能。结果表明:CuZr非晶条带脱合金10 min后的韧带/孔洞尺寸约45 nm,相同条件下添加微量的Nb和Ag元素可使纳米多孔结构细化且均匀化,从而增大了NPC的比表面积,得到一系列三维双连续、孔洞结构均匀、孔径大小可调的NPC,以其作为衬底材料与MnO复合,NPC三维连续的孔洞结构改善了纯MnO易团聚的缺点,增大了电极活性物质的比表面积,可使复合电极材料的比电容得到提高。MnO/NPC1复合电极材料中,随着NPC1质量比的增加,复合电极材料的电荷转移电阻降低,导电性提高;MnO分散程度显著提高,其表面形貌由团聚的纳米颗粒,转变为细小、均匀、规则的球形花状结构。NPC2与NPC3的更加细小均匀的纳米多孔结构在复合电极材料中的作用比NPC1更明显,MnO/NPC1、MnO/NPC2和MnO/NPC3复合电极材料在扫描速率为2 mV/s时的比电容分别为403、593和505 F/g。

关键词： 静电纺丝   纳米碳纤维   氮掺杂   氢氧化镍   水热合成   超级电容器  

摘要： 本文用三聚氰胺为改性剂,以聚丙烯腈为纳米碳纤维前驱体,配置了三聚氰胺/聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺的乳浊液纺丝液体系,成功实现了乳浊液的静电纺丝,制备了三聚氰胺改性聚丙烯腈基复合有机微纳米纤维膜；结合聚丙烯腈基纳米碳纤维的预氧化和碳化工艺制备了氮掺杂交联多孔的纳米碳纤维膜；最后以纳米碳纤维作为导电网络骨架,通过水热法制备了氢氧化镍/纳米碳纤维二元复合电极材料。通过一系列的表征方法,对上述材料的结构形貌进行了表征,并研究有机复合纤维膜的亲疏水性能和力学性能,对纳米碳纤维及其复合材料的电化学性能进行了研究。主要工作如下：首先,研究了纺丝液的性质以及纺丝工艺参数对复合纳米纤维形貌的影响,通过光学金相显微镜对所纺制纤维形貌的考察,得到制备优质复合纳米纤维的纺丝条件为：纺丝液的粘度在600～1600 mPa.s；纺丝电场强度在1～1.33 kV/cm;纺丝液流速在0.50～1.00mL/h范围内。通过对纤维膜的结构形貌分析确定了三聚氰胺被成功添加进入纤维里面。使用微机控制电子万能拉伸试验机测试了纤维膜样条的力学性能,测试表明纺丝液粘度越大,三聚氰胺含量越低,复合纤维膜的力学性能越好。接触角测试表明,复合纤维膜在三聚氰胺改性前后,表面对水的浸润性发生了显著变化,由疏水性膜材料转变为亲水性膜材料,且三聚氰胺含量越多亲水性能越好。其次,通过对预氧化机理、热失重曲线和预氧化纤维膜光学图像的分析,确定了预氧化的工艺条件为：以3℃/min升温到290℃并保温90 min可得到交联的预氧丝,通过FTIR、XRD、Raman和SEM的表征方法对不同温度下预氧丝的结构形貌进行分析为下一步碳化做准备。通过XPS、SEM、BET和有机元素分析仪等对纳米碳纤维进行分析得出：三聚氰胺的改性,可以有效实现纳米碳纤维的高氮含量掺杂和纳米碳纤维结构形貌的控制。高氮含量和多孔结构的纳米碳纤维有着优异的电化学性能,通过三电极体系测试了其电化学特性,发现CNFM2电极材料在0.05 A/g电流密度下的比电容可达194F/g,在2 A/g电流密度下,经过1000次循环充放电后的电容保持率为99.20%,具有良好的循环稳定性。最后,研究了不同的水热反应时间、不同反应温度、不同基体负载材料和负载基体不同的预处理方式对复合电极材料电化学电容性能的影响。根据电极材料电化学性能的变化,确定水热反应的条件。在优化水热工艺的条件下,通过控制投料比实现了不同含量纳米碳纤维/氢氧化镍复合电极材料的制备,研究了纳米碳纤维含量对氢氧化镍/纳米碳纤维复合电极材料结构形貌和电化学性能的影响。通过FTIR、TG、XRD、SEM、TEM和氮气吸附-脱附等表征方式,对材料的结构和形貌进行了分析并探讨了材料结构形貌与电化学性能之间的关系。电化学测试表明,纳米碳纤维的掺杂可以有效改善氢氧化镍电极材料的导电性能和结构稳定性,碳纤维含量越高电极材料的导电性能越好,越有利于氢氧化镍氧化还原反应的进行。制备的复合材料Ni-Cl在0.5A/g电流密度下具有较大的比电容值,比电容值达到1820.02 F/g。

关键词： 静电纺丝   TiO2纳米纤维   电化学性能  

摘要： 采用静电纺丝技术,以聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和钛酸四丁酯(TBT)为前驱体制备复合纳米纤维,经250℃预氧化,500℃碳化制得TiO2纳米纤维.通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)进行分析测试表明:原丝表面光滑,直径分布均匀;碳化后纤维表面粗糙,出现明显收缩,纤维中TiO2形成稳定的锐钛矿晶型.对不同钛酸四丁酯(TBT)负载量的TiO2纳米纤维进行电化学性能表征,测试结果表明:在5 mv/s扫速下,CV曲线具有明显的氧化-还原峰;在1.0、2.0 A/g的充放电电流密度下,随负载量的增加,比容量也随之增加,表现出较好的电化学性能.

关键词： 聚合物微凝胶   纳米碳结构电极材料   尖晶石锰酸锂   五氧化二钒   分级多孔碳  

摘要： 基于嵌锂的电化学反应,其电极过程动力学取决于Li+离子和电子的迁移速率。人们通常以纳米碳包覆纳米材料同时实现Li+离子和电子的快速迁移,但是每个纳米颗粒上均匀包覆纳米碳层是一项非常困难的事情。现行锂离子电池的电极制作一般采用在金属(铝、铜)箔上先涂膜再烘干的工艺流程,球形电极材料有利于涂膜流畅和均匀。因此,如何将纳米颗粒均匀镶嵌在多孔的碳基体中,形成具有三维离子-电子混合导电的球形电极材料,是一项非常有意义的工作。聚合物微凝胶是一类交联聚合物微球,具有三维网孔,其分子链上的极性官能团可以与金属离子相互作用,使其陷入聚合物微凝胶内。如果过渡金属离子发生水解,就会于三维网孔中原位沉淀,生成有机-无机杂化材料。以其为前驱体,高温惰性气氛处理,可以合成纳米碳结构(纳米颗粒均匀镶嵌在碳基体中)电极材料。LiMn2O4作为商业动力锂离子电池正极材料之一,具有倍率性能好、环境友好、储量丰富等优点。但是,由于姜-泰勒效应,Mn2+离子的溶解等原因造成容量衰减严重,特别是在高温下。目前应对LiMn2O4容量衰减的策略主要是表面包覆和形貌控制。如果能让LiMn2O4均匀镶嵌在多孔碳基体中,不仅可以减少材料与电解液的直接接触面积,以减少Mn2+离子的溶解,而且可以缓冲其在充放电过程中的体积变化,大大改善LiMn2O4的电化学性能。相对于目前商业的锂离子电池正极材料,基于多电子反应的V2O5具有比容量高的特点,其理论容量达到了441 mAh g-1(3电子每摩尔V2O5)。但是,其较低的离子和电子导电率,限制了它的快速充放电能力;而且,它在电解液中的溶解性,导致材料循环性能较差。通过碳包覆可以改善材料的倍率性能和循环性能。为此,我们进行了以下研究工作。1.P(AM-co-AA)模板合成,碳化条件选择,以及碳微球的电化学性能研究优化交联P(AM-co-AA)聚合物微凝胶的合成工艺,通过KCl和SiO2填充,高温碳化后除去KCl和SiO2,制备多孔碳微球。以KCl为填充物的碳微球的孔径分布在2 nm以下和3.7 nm,2 nm以下孔的孔容为0.22 cm3 g-1,比表面积为420 m2 g-1;3.7 nm孔的孔容为0.13 cm3 g-1,比表面积为136 m2 g-1。以SiO2为填充物的碳微球的粒径在10-20μm之间,比表面积达到了617 m2 g-1,孔径呈3.8 nm和7.8 nm的分级多孔结构。3.8 nm孔的孔容为0.05 cm3 g-1,比表面积为62.1 m2g-1;7.8 nm孔的孔容为0.289 cm3 g-1,比表面积为118 m2 g-1。以6 mol L-1的KOH为电解液,在0.5 A g-1的电流密度下,以KCl和SiO2为填充物的比容分别达到了159 F g-1和110 F g-1。相比微孔的KCl填充,以纳米SiO2填充制备的分级多孔活性炭的表面积利用率更高。2.P(AM-co-AA)模板合成LiMn2O4@C复合材料及电化学性能研究通过静电吸附将Mn2+离子负载于P(AM-co-AA)模板内部,改变体系的pH值,Mn2+离子原位水解,填充在聚合物微凝胶内部的三维网孔中,形成杂化Mn(OH)2@P(AM-co-AA)前驱体;然后,前驱体经过高温处理,合成纳米碳包覆LiMn2O4复合材料(LMO@C)。LMO@C具有球形外貌,粒径范围为1～2μm,由LiMn2O4纳米微球(20nm)均匀镶嵌于多孔碳基体中构成。N2吸附测试结果显示,LMO@C的BET比表面积为24.9 m2 g-1,BJH孔径分布为3.67和6.46 nm。以LMO@C材料为正极材料,锂金属为负极材料组装半电池进行恒流充放电测试。结果表明,在0.1,1,5,10和20C(1C=148 mA g-1)倍率下,LMO@C可以分别输出142,137,126,107和91 mAh g-1的比容量。LMO@C在室温下1C循环1000次后,容量保持率为80%;60 oC、1C循环200次后,容量保持率为86%,表现出优异的电化学性能。***模板合成V2O5@C复合材料及电化学性能研究使用一种廉价的PMMA微凝胶模板合成多孔V2O5@C微球,产物的粒径范围10-30μm,由平均粒径200nm的一次颗粒聚集而成。一次颗粒由30 nm粒径的V2O5纳米颗粒均匀镶嵌在碳基体构成。多孔V2O5/C微球的BET比表面积为23.5 m2 g-1,BJH孔径为3.8 nm。以所制备的多孔V2O5/C微球为正极材料,锂金属为负极材料的半电池,在0.1、0.5、2、5和10C下首次放电容量分别为291、263、239、192和166 mAh g-1.在0.5、5和10C下循环300次之后,容量保持率分别为90%、77%和63%。研究结果表明,多孔V2O5@C微球具有优异的倍率

关键词： 磷酸铁锂   钛酸锂   纳米阵列   碳包覆   离子掺杂  

摘要： 随着混合电动汽车的发展以及其对高能量密度和高功率密度储能器件的需求,锂离子混合超级电容器是近年来逐渐被关注的一种新型储能元件。锂离子混合超级电容器采用锂离子电池与超级电容器的电极材料,拥有锂离子电池和超级电容器电容的双重特性。与传统电容器相比,具有能量密度大的优良特性；与锂离子电池相比,具有功能以及功率密度高的优点。锂离子混合超级电容器的电极材料既包含具有电荷吸附活性的高比表面积的电容活性材料,又包含可与锂离子发生可逆脱嵌或氧化还原反应的电池材料,其能量存储过程既包含锂离子与电极材料体相发生的可逆法拉第化学反应,又包括电化学活性材料对锂离子的可逆吸脱附过程。本文研究了构成锂离子电容器的脱/嵌锂材料——磷酸铁锂和钛酸锂。磷酸铁锂与钛酸锂均具有低的导电性和低的Li+扩散系数的缺陷,这些缺陷限制了它们在大电流下实现快速充放电的可能。本文以提高锂离子电极材料的导电性,锂离子扩散系数,能量密度以及循环性能为目标,围绕如何能使在大电流下保持电极材料较高的比电容这一关键问题展开。一方面制备了具有纳米阵列形貌和结构的电极材料,另一方面通过电极材料本身改性,例如碳包覆,离子掺杂等来提高电极材料的导电性和锂离子扩散系数,使它们在较高的电流密度下也具有高的比容量,并且实现了快速充放电。采用SEM,XRD,Raman和EDS等方法分析了不同电极材料的形貌与结构,然后采用循环伏安法、充放电测试法以及交流阻抗法对不同的电极材料的电化学性质进行了测试和分析,本文的主要研究内容和结果如下。（1）碳包覆磷酸铁锂电极材料（C-LiFePO4/TiN）的制备,形貌结构表征及其电化学性能的研究。基于对各种合成方法优缺点的比较,最后采用水热法合成了磷酸铁锂纳米颗粒,然后以蔗糖为碳源在氮气氛围下煅烧,形成碳包覆的磷酸铁锂（C-LiFePO4）纳米颗粒。将C-LiFePO4纳米颗粒原位沉积到氮化钛纳米线基底上,从而构建成碳包覆磷酸铁锂电极材料（C-LiFePO4/TiN）。通过电化学测试,当电流密度为1 Ag-1时,LiFePO4/TiN与C-LiFePO4/TiN纳米线电极材料的比电容分别为314 F g-1和972 Fg-1；当电流密度增加到20Ag-1, LiFePO4/TiN与C-LiFePO4/TiN纳米线电极材料的比电容分别为140Fg-1和472.4 F g-1。而且,LiFePO4/TiN与C-LiFePO4/TiN纳米线电极材料在电流密度为20Ag-1,循环400圈之后,比电容分别下降9.5%和3.7%,具有很好的大电流充放电性能和循环稳定性。交流阻抗显示,当开路电压为0.0V时,LiFePO4/TiN与C-LiFePO4/TiN纳米线电极材料的电荷转移电阻分别为0.3645ΩΩ和0.2512Ω,所对应的等效电路的电阻分别为5.447ΩΩ和2.678Ω；当开路电压为0.5V时,C-LiFePO4/TiN纳米线电极材料的电荷转移电阻为0.2226Ω,所对应的等效电路的电阻为2.345Ω,表明引入高比表面积,高导电性的TiN作为基底材料,有助于提高材料的电化学性能;同时通过碳包覆可以有效提高材料本身的导电性,（2）碳包覆铁掺杂钛酸锂电极材料(C-Fe/Li4Ti5O12)的制备,形貌结构表征及其电化学性能的研究。采用阳极氧化钛片合成的二氧化钛为钛源,氢氧化锂为锂源,结合固液相反应法合成钛酸锂纳米管阵列材料,然后以硝酸铁为铁源,十二烷基硫酸钠为碳源合成了C-Fe/Li4Ti5O12纳米管阵列电极材料。经过充放电测试,结果显示当电流密度为1A g-1时,Fe/Li4Ti5O12比电容为516F g-1。当电流密度增加到10Ag-1时,Fe/Li4Ti5O12比电容为350F g-1；当电流密度为1A g-1时,Fe/Li4Ti5O12比电容为768F g-1。当电流密度增加到10A g-1时,Fe/Li4Ti5O12比电容为379F g-1,进一步表明,碳包覆可以有效提高电极材料本身的比电容。Fe/Li4Ti5O12与C-Fe/Li4Ti5O12在开路电压为0.5V下的Rct分别为14.1Ω和4.15Ω,可见由于碳的加入可以有效降低了Fe/Li4Ti5O12本身的电荷转移电阻,提高了电极材料本身的导电性。Fe/Li4Ti5O12与C-Fe/Li4Ti5O12在0.5V时的Warburg阻抗分别为0.4869Ω和0.4183Ω,两者都具有更低的Warburg阻抗,因为Li4Ti5O12本身呈现出阵列纳米管状结构,为电子转移提供了有效通道,使得离子扩散加快；而Fe3+嵌入到Ti4+位置为电子的迁移提供更多的空穴,使得更多的电子在Li4Ti5Oi2内部转移,导电性更强。而C-Fe/Li4Ti5Oi2具有更低的Warburg扩散阻抗,说明碳有效地包覆在了Fe/Li4Ti

关键词： 超级电容器   纳米阵列   复合材料   电化学性能  

摘要： 超级电容器作为一种新兴的储能元器件,以其功率密度大、循环寿命长、充放电速度快等优点,受到越来越多的关注。而决定超级电容器电化学性能的主要因素是电极材料,过渡金属氧化物电极材料由于可以发生可逆的电化学反应而具有明显优于碳材料的电容性能。相关研究表明,高度有序的纳米阵列电极结构具有较大的比表面积,优良的导电性和高速的离子/电子传输通道等特点。同时,纳米阵列电极用作超级电容器电极材料时,并不需要使用粘接剂和导电添加剂,可以有效提高活性材料的利用率。当进行多种材料的复合设计时,通过不同材料之间的协同效应,可使纳米复合材料具有优于任一单相材料的性能。本文旨在合成不同一维纳米阵列复合材料,以提高超级电容器的电化学性能。主要研究内容由以下两部分组成:1、通过电化学阳极氧化法首先在钛片上制备了TiO纳米管阵列,并以此为基底,采用水热法负载了MnO纳米颗粒。在制备过程中,将TiO纳米管在氢气中进行煅烧前处理后,制得的H-TiO/MnO复合材料具有更好的导电性。为了进一步增加材料的导电性,利用水热法将在氢气煅烧处理后的TiO纳米管进行碳包覆,获得的H-TiO/C材料,不仅具有更高的电导率,同时也能很好的利用TiO纳米管的比表面积增大MnO的负载量,提高MnO的利用率。H-TiO/C/MnO电极材料在0.5 A g-1的电流密度下具有高达66.2 mF cm-2(299.8 F g-1)的比电容,并具有较好的循环性能,是性能优异电极材料。2、通过水热法制备了NiCoO纳米线阵列,后又以此为基底分别采用水热法、化学浴沉积法制备了NiCoO@MnO,NiCoO@NiO纳米线阵列复合电极。NiCoO纳米线阵列基底,比表面积大、导电性好,表现出优异的电化学性能。NiCoO@MnO复合材料,由于壳层负载的MnO导电性差,结构致密,限制了内核NiCoO赝电容的发挥,导致NiCoO@MnO复合材料的比电容较NiCoO有所下降。NiCoO@NiO复合物具有明显优于NiCoO、NiCoO@Mn O2的电容性能,在1 A g-1的电流密度下比电容达到了1453.26 F g-1。但是,由于NiCoO@NiO复合物在循环过程中结构发生了变化,导致循环稳定性较差。选用导电性良好,结构疏松的壳层材料有利于增大复合物的比电容。同时,制备的复合物结构要足够稳定,以提高循环稳定性。

关键词： 二氧化锰   碳材料   电极   一次电池   纳米结构  

摘要： 二氧化锰(Mn O2)因其拥有高的电化学活性、极高的理论比容量,以及价格低廉和环境友好性等特点,在一次电池、超级电容器、金属-空气电池等储能器件中有着广泛的应用。然而,Mn O2自身低的电导率限制了在应用条件下的实际比电容。纳米级的Mn O2与高电导率的碳材料复合则可提高Mn O2作为电化学活性物质的有效电极反应的比表面积以及电导率,从而获得电化学性能优异的电极材料。本论文展开了纳米Mn O2与碳材料形成三元复合结构的电极材料的制备及其电化学性能研究,以及基于碳纳米管(CNT)薄膜的无粘结剂的柔性薄膜碱性锌锰电池的制备及其电化学性能研究的工作。主要研究结果如下:通过水热法制备了直径为250 nm的碳球,利用碳与高锰酸钾(KMn O4)进行的化学反应,在其表面均匀包裹纳米Mn O2,最终得到Mn O2包裹量为95%的碳球-Mn O2核壳结构。对碳球-Mn O2进行聚二烯基丙二甲基氯化铵(PDDA)修饰,采用静电吸附的方式,均匀吸附一层羧基化碳纳米管(CNT)。其中20 wt%CNT的吸附量的碳球-Mn O2-CNT(PDDA)复合材料相比于碳球-Mn O2以及将碳球-Mn O2分散在水溶液中与CNT简单混合形成的碳球-Mn O2-CNT(H2O)复合材料拥有更加优异的电化学性能。导电碳球为内核提高了内核电导率,CNT导电网络的引入则提高了Mn O2的表面电导率,从而提高Mn O2的利用率。该三元复合材料拥有高的比电容、优异的倍率性能以及结构稳定性。多孔还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,r GO)包裹CNT-纳米花状Mn O2的核壳结构表面,该纳米结构可以有效的提高复合材料的表面电导率和内核电导率。区别于原始的r GO,多孔r GO在其表面的包裹不会阻碍电解液向内部复合材料的扩散,从而可有效提高在该复合电极中Mn O2的利用率。CNT-Mn O2-多孔r GO三元复合结构相比于CNT-Mn O2以及原始的r GO包裹的CNT-Mn O2结构,拥有更高的比电容以及倍率性能。通过浮动催化法化学气相沉积(FCCVD)制备高导电的柔性CNT薄膜。以CNT薄膜为柔性基底,直接在其表面均匀负载电化学活性物质纳米级γ-Mn O2和单质金属锌(Zn)。该柔性复合薄膜电极不包含其他导电填料,并以聚合物粘结剂作为隔膜组装厚度小于1 mm的柔性Zn-Mn O2碱性一次电池。该柔性电池拥有高的比电容(225 m Ah·g-1,0.5 C)以及优异的倍率特性(214 m Ah·g-1,4C)。另外,该电池拥有优异的柔性以及结构的稳定性。当弯折曲率半径达到2.5cm时,放电容量可达268 m Ah·g-1(0.5 C)。这可能是由于电解液与活性物质更为充分的接触,赋予该电池更加优异的放电性能。

关键词： 聚吡咯   碳纳米管   柔性电极材料   导电纺织品   棉织物  

摘要： 电化学电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。纤维材料具有其它片材难以比拟的比表面大的特点，将织物作为能量存储单元的载体，通过导电纳米结构物质在其表面的组装可形成轻型电池电极和电化学电容器，织物基功能材料因具有轻薄、柔软、可折叠，便于与服装进行集成的优点而当今材料领域中的研究热点。 目前电化学电容器研究主要集中于高性能多孔电极材料的研制及其结构与性能调变，以具有多孔结构的材料为载体制备复合电极活性物质是提高电极比容量的重要捷径之一，其中高表面积的碳材料（如活性炭、碳纳米管和石墨烯）与导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等）的复合研究为研究热点之一。两种不同性质的电极活性物质复合时二者之间的结合及其在柔性衬底上的粘附问题是主要的技术难点，现阶段多采用多次溶液浸渍的方法，该方法界面粘附力较弱易造成表面功能层脱落，另外常见的方法则是将电极活性物质加入粘合剂中再涂敷在织物表面，粘合剂的加入可能造成电极材料整体电阻的增加，同时不利于多孔结构的形成。 本论文利用纤维材料轻薄、柔软、可折叠和比表面大的特点，分别通过模板聚合法，界面聚合法和脉冲电沉积的原位技术，在大面积棉织物（Ctn）基底上制备了具有具有不同结构碳纳米管（CNT）/聚吡咯（PPY）纳米结构沉积层，形成了多种具有储能性能柔性电极材料，利用傅利叶红外光谱（FT-IR）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、X射线衍射仪（XRD）技术对其进行结构与形貌表征，采用循环伏安特性曲线、恒电流充放电曲线、交流阻抗谱图对其电化学性能进行研究。结果表明： 以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为软模板制备m-Ctn/PPY，在此基础上通过两步和一步模板聚合法制备的m-Ctn/CNT/PPY，方阻分别为59.8±12.9Ω/sq和144.6±21.7Ω/sq，比电容为377.0±34.3F/g和238.7±31.0F/g，m-Ctn/PPY其中，两步法形成褶皱状的聚吡咯膜覆盖于织物表面，膜层粗糙有突起；一步法PPY沿着CNT生长为PPY纳米线。m-Ctn/PPY一次完全充放电时间在300s以内，而m-Ctn/CNT/PPY可达500s，循环1000次后m-Ctn/PPY电容下降33.0%，而j-Ctn/CNT/PPY电容下降8.1%。。改进的界面聚合法制备的j-Ctn/PPY和j-Ctn/CNT/PPY，方阻分别为198.2±35.6Ω/sq和107.4±18.3Ω/sq、比电容分别为180.9±70.4F/g和285.45±51.4F/g，其中，j-Ctn/PPY呈现“珊瑚状”结构，而根据CNT加入油相和水相，j-Ctn/CNT/PPY所得结构分别为珊瑚状的纳米线和具有花型的PPY纳米线，这种三维立体网状结构在充放电循环中有良好的可逆性，j-Ctn/PPY一次完全充放电时间在200s以内，循环200次后电容下降36.8%，而j-Ctn/CNT/PPY可达800s以上，循环200次后电容下降6.9%。 脉冲电沉积方法制备的d-Ctn/CNT/PPY的方阻和比电容为1241.5±186.2Ω/sq和170.0±16.2F/g，具有菜花状结构。d-Ctn/CNT/PPY一次完全充放电时间在200s左右，循环1000次后电容下降8.5%。

关键词： 纳米Li4Ti5O12   精细化砂磨   电化学性能   微观结构  

摘要： 在固相法合成纳米Li4Ti5O12电极材料的过程中采用精细化砂磨技术,研究发现砂磨处理时间是影响纳米Li4Ti5O12微观结构和电化学性能的关键因素,XRD表明砂磨处理后Li4Ti5O12仍为尖晶石结构,粒度分布和SEM照片显示经过精细化砂磨处理后,Li4Ti5O12颗粒平均粒径由500 nm减小为370 nm,粒径分布也更加均匀;电化学性能评价结果显示,砂磨处理可使Li4Ti5O12电极材料倍率比容量增大约10～20 mAh/g,高倍率下增幅较低倍率更大,100次循环容量基本无衰减,稳定性很好。