金屬氧化物-碳納米纖維復(fù)合材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、近年來(lái)，基于靜電紡絲技術(shù)制備FeOx/碳納米纖維復(fù)合材料以及SnO2/碳納米纖維復(fù)合負(fù)極材料的研究得以迅速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于電池負(fù)極的開(kāi)發(fā)中。該方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)活性FeOx及SnO2材料納米化及與碳基材料的復(fù)合化，該類(lèi)復(fù)合材料在提高金屬氧化物導(dǎo)電性的同時(shí)，有效緩解金屬氧化物循環(huán)過(guò)程中的體積膨脹。針對(duì)靜電紡FeOx/碳納米纖維負(fù)極材料中存在的關(guān)于鐵的氧化程度、FeOx納米顆粒遷移結(jié)構(gòu)以及碳基體石墨化程度對(duì)電化學(xué)性能影響機(jī)制不明確的問(wèn)題，S

2、nO2/碳納米纖維復(fù)合負(fù)極材料中納米SnO2的共混及后處理工藝影響碳纖維基體穩(wěn)定性的問(wèn)題，論文進(jìn)行了如下研究:
　　(1)通過(guò)在聚丙烯腈(PAN)紡絲液中添加鐵鹽前驅(qū)體(FeCl3·6H2O)，經(jīng)靜電紡絲及預(yù)氧化碳化成功制備鐵氧化物/碳納米纖維復(fù)合材料(FeOx/CNFs)。通過(guò)調(diào)整碳化溫度(400℃、600℃、800℃、1000℃)，F(xiàn)eOx/CNFs材料中FeOx納米顆粒隨著溫度的升高逐漸向纖維表面遷移，鐵氧化物從高價(jià)的Fe2

3、O3逐漸被還原為FeO和Fe，碳基體缺陷及雜原子減少，碳石墨化程度提高。通過(guò)對(duì)不同碳化溫度下各材料電化學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析，系統(tǒng)探究了上述變化因素對(duì)FeOx/CNFs材料電化學(xué)性能的影響機(jī)制:當(dāng)碳化溫度為800℃時(shí)，F(xiàn)eOx納米顆粒部分包覆在纖維內(nèi)部分分布在纖維表面，鐵氧化物以FeO和Fe為主要組分以及碳基體高石墨化程度，三者協(xié)同導(dǎo)致FeOx/CNFs(800℃)材料擁有穩(wěn)定的循環(huán)性能（循環(huán)60次后材料容量仍可保持在～674 mAhg-1

4、）和突出的倍率性能。
　　(2)基于同步靜電紡絲/靜電噴霧技術(shù)及后續(xù)預(yù)氧化碳化制備負(fù)載SnO2/C納米團(tuán)簇的碳納米纖維復(fù)合材料(SnO2/CNFs)。該方法通過(guò)同步靜電噴霧在碳納米纖維外均勻地引入SnO2/C納米團(tuán)簇，極大地減少了共混紡絲中因活性物質(zhì)的摻入對(duì)碳納米纖維基體穩(wěn)定性的影響，同時(shí)，靜電噴霧產(chǎn)生的SnO2/C納米團(tuán)簇本身具有較穩(wěn)定的活性，且與纖維基體穩(wěn)定牢固結(jié)合。SnO2/CNFs材料展現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能（50次循環(huán)后容量