基于靜電紡絲的硬碳納米纖維制備及其儲(chǔ)鈉性能研究.pdf

1、鈉離子電池具有原料儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)鈉離子電池逐漸受到研究者們的關(guān)注。然而，因?yàn)殁c具有比鋰更大的離子半徑，所以一些為的鋰離子電池開發(fā)的負(fù)極材料無(wú)法直接用于鈉離子電池。目前，大量的研究工作致力于研發(fā)能夠用于鈉離子電池的高性能負(fù)極材料。其中，硬碳材料由于其較高的無(wú)定型度高和較大的石墨片層間距，被認(rèn)為是最適合儲(chǔ)鈉的負(fù)極材料之一。但是，硬碳材料作用為鈉離子電池的負(fù)極還存在一些問(wèn)題:1.硬碳材料在充放電過(guò)程中的低電壓平臺(tái)區(qū)域過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致

2、鈉離子電池的安全性存在隱患;2.鈉離子在硬碳材料中的存儲(chǔ)機(jī)理還存在一定的爭(zhēng)議;3.隨著柔性儲(chǔ)能設(shè)備的興起，同時(shí)要求電極材料也具有一定的柔性。因此，開發(fā)柔性硬碳負(fù)極材料對(duì)于柔性鈉離子電池的發(fā)展具有重要意義。
　　本論文采用靜電紡絲技術(shù)為制備方法，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O)為紡絲原料，制備了一系列的柔性硬碳納米纖維薄膜。當(dāng)PVP溶液中加入Cu(NO3)2后，纖維之間會(huì)出現(xiàn)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，這是首次報(bào)道利用C

3、u(NO3)2作為電紡纖維的交聯(lián)劑。并且測(cè)試表明，交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成是由于Cu(NO3)2與PVP的絡(luò)合作用導(dǎo)致的。同時(shí)，Cu(NO3)2也會(huì)影響最終硬碳納米纖維的微觀結(jié)構(gòu)，隨著原料中Cu(NO3)2含量不斷增加，會(huì)導(dǎo)致硬碳納米纖維具有更高的無(wú)定型度。
　　我們探究了碳納米纖維的微觀結(jié)構(gòu)及其儲(chǔ)鈉性能的關(guān)系。隨著碳納米纖維的無(wú)定型度增加，其充放電曲線中低電壓平臺(tái)區(qū)域逐漸消失，斜坡區(qū)域的比例逐漸增加，鈉離子的儲(chǔ)存行為“吸附-插層”模式逐漸

4、轉(zhuǎn)變?yōu)閱渭兊摹拔健蹦Ｊ?。同時(shí)，碳納米纖維的儲(chǔ)鈉性能得到改進(jìn);并且電池的安全性得到提升。
　　將柔性硬碳納米纖維薄膜裁成圓片，不添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，直接用作鈉離子電池的負(fù)極材料。碳納米薄膜展現(xiàn)了優(yōu)越的倍率性能和超長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性。在50mA g-1的電流密度下，可逆容量可以達(dá)到449mAh g-1，在5和10A g-1的電流密度下循環(huán)500次，容量還可分別保持為126和111mA h g-1。碳納米纖維薄膜優(yōu)秀的電化學(xué)性能歸因于這種