Sn基復合納米碳纖維制備及其儲能功能研究.pdf

1、新型功能纖維的開發(fā)及推廣應用，開拓出染整功能研究領域的新空間，使染整工藝技術不再局限于日常服用功能。隨著消費類鋰離子電池的不斷推陳出新，染整功能整理技術應用于儲能功能纖維的制備設計正迎合了市場需求。據(jù)此，本文以染整工藝技術拓展新思路為引導，以紡織纖維能量轉化與儲存應用為切入點，結合錫(Sn)基材料的儲能特性和納米碳纖維(CNFs)的高導電性，賦予Sn基復合納米碳纖維儲能功能。針對Sn基材料體積效應，通過內部改性及外部保護兩種方式，分別對

2、Sn基復合納米碳纖維的成分、形貌和結構進行設計，以提高循環(huán)性能。通過分析不同方法制備的Sn基復合納米碳纖維成分、結構和儲能功能之間的關系，探討其儲能機理。
　　第一章首先介紹了鋰離子電池的研究背景及工作原理，而后簡要闡述了負極材料類型及特點，隨后著重論述了Sn基負極材料的研究現(xiàn)狀和存在的問題，據(jù)此提出了本文的研究意義及工作內容。
　　在第二章工作中，利用Sn鹽作為單質Sn前驅體，與PAN共混紡絲-碳化，制得Sn基復合多孔納米

3、碳纖維(Sn-PCNFs)。金屬Sn以無定形態(tài)超均勻分散于CNFs中，部分溢出團聚成Sn基大顆粒裸露于CNFs表面。結果表明，Sn-PCNFs在0.8A g-1大電流密度下循環(huán)200次，能保持774 mA h g-1的高比容量;由于裸露的Sn基大顆粒易在充放電過程中破碎脫落而失去活性，因此Sn-PCNFs的循環(huán)壽命及穩(wěn)定性有待提高。
　　在第三章工作中，以利用第二章裸露的Sn基大顆粒為出發(fā)點，利用Sn和Cu的前驅體與PAN發(fā)生絡合

4、反應高度分散Sn-Cu前驅體，采用碳化-合金化一步法制得Sn-Cu合金與CNFs基體(Sn-Cu-CNFs)，控制溫度為700℃可使惰性Cu3Sn和活性Cu6Sn5共存于Sn基大顆粒中，顯著提升Sn基復合納米碳纖維的循環(huán)性能。結果表明，Sn-Cu-CNFs在1.0 Ag-1大電流密度下，可循環(huán)1200次，比容量保持400mA h g-1，庫倫效率為99％;對比Sn-PCNFs，循環(huán)壽命大幅提升。
　　在第四章工作中，以保護第二章裸

5、露的Sn基大顆粒為思路，以廉價的蔗糖為碳源，采用低溫水熱法進行碳包覆保護，制得碳包覆Sn基復合納米碳纖維(Sn-SnO2-CNF@C)，控制蔗糖濃度可獲得均勻包覆的碳層結構。電化學測試結果表明，Sn-SnO2-CNF@C2在電流密度為0.8Ag-1下循環(huán)200次，容量保持712.2mAhg-1;對比Sn-PCNFs，Sn-SnO2-CNF@C2具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
　　在第五章工作中，首次利用準分子紫外光輻照技術微氧化

6、改性納米碳纖維（UV20-CNFs）和Sn基納米碳纖維（UV20-Sn-CNFs），使纖維表面產(chǎn)生含氧官能團，不僅有利于提高反應動力學，而且使循環(huán)過程中形成的固體電解質界面(SEI)膜穩(wěn)定錨固在纖維上，提高循環(huán)穩(wěn)定性;同時在纖維表面形成多孔結構，增加物理儲鋰量。結果表明，UV20-Sn-CNFs在0.5 Ag-1的電流密度下循環(huán)200次，放電比容量為733 mAh g-1，庫倫效率達99％; UV20-CNFs在2.0A g-1的大電流