錫基碳纖維復(fù)合材料的制備和儲(chǔ)鋰-納性能研究.pdf

1、隨著便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)的興起，人們對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備提出了更高的儲(chǔ)能要求。鋰離子電池因?yàn)楸热萘看?、工作電壓高、無(wú)污染等特點(diǎn)受到了極大的關(guān)注。然而目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料—碳材料理論容量雖然比較高，達(dá)到了372mA h/g，但是仍然難以滿足用電器對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的性能要求。于是硅基材料（硅、碳化硅）、錫基化合物（硫化錫、錫銻合金）、過(guò)渡金屬氧化物（氧化鈷、氧化鐵）等具有較高比容量的負(fù)極材料受到了極大的關(guān)注。但是這些新型負(fù)極材料都因?yàn)樵谇?脫

2、鋰過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的體積變化而產(chǎn)生了粉化現(xiàn)象，這直接導(dǎo)致了糟糕的循環(huán)穩(wěn)定性。碳材料因?yàn)榭梢杂行У木徑怏w積效應(yīng)而受到了極大的關(guān)注。隨著可穿戴設(shè)備的興起，異形柔性電池開(kāi)始興起，人們又對(duì)電池的機(jī)械性能提出了更高的要求，柔性電池具有廣泛的應(yīng)用前景，電極是柔性電池的重要一環(huán)。柔性碳纖維、石墨烯因?yàn)榫哂袃?yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械性能已經(jīng)備受能源界關(guān)注。
　　本文從合成機(jī)理、結(jié)構(gòu)控制、電化學(xué)性能調(diào)控等多方面研究了錫基化合物纖維，制備了無(wú)需集流體和粘結(jié)劑

3、的SnxSb-石墨烯-多通道/多孔碳纖維柔性氈，研究了其儲(chǔ)鋰/鈉性能，開(kāi)展的具體工作如下:
　　(1)錫基負(fù)極材料因?yàn)閮?yōu)異的比容量和導(dǎo)電性而備受關(guān)注，但是其在實(shí)際應(yīng)用中備受體積效應(yīng)的困擾，在本章中我們架構(gòu)了一種具有優(yōu)異儲(chǔ)鋰性能和機(jī)械性能的SnxSb-石墨烯-碳多通道納米纖維氈材料。其優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能表現(xiàn)在:(1)它具有優(yōu)異的放電比容量和較好的循環(huán)性能（在電流密度為0.2A g-1的電流密度下500次循環(huán)后比容量仍然保持了729mA

4、h/g）;(2) SnxSb-石墨烯-碳多通道納米纖維氈具有良好的嵌鋰/脫鋰性能，首次庫(kù)倫效率達(dá)到了67％，并且展現(xiàn)出了優(yōu)秀的倍率性能，電流密度為2Ag-1時(shí)，比容量仍然達(dá)到了381mA h/g;(3)SnxSb-石墨烯-碳多通道納米纖維氈展現(xiàn)出了優(yōu)秀的機(jī)械性能，順利通過(guò)了彎折性能測(cè)試并且維持了良好的形貌。
　　(2)鋰離子電池因?yàn)槟芰棵芏雀?、輸出電壓高、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于電子、交通等行業(yè)，但是鋰資源分布不均、資源短

5、缺的缺點(diǎn)。鈉離子電池相比鋰離子電池具有成本上的優(yōu)勢(shì)，并且有可能取代鋰離子電池大規(guī)模的應(yīng)用，鈉離子電池已經(jīng)引起了能源界的廣泛關(guān)注。我們制備了SnxSb-石墨烯-碳多通道納米纖維氈用于鈉離子電池負(fù)極。該復(fù)合材料在100mA h/g的電流密度下首次放電容量達(dá)到了630mA h/g，在第70個(gè)循環(huán)仍然有300mA h/g，顯示了超越碳負(fù)極材料/錫負(fù)極材料的優(yōu)越循環(huán)性能。該材料在電流密度為2Ag-1的時(shí)候比容量為150mA h/g。優(yōu)秀的循環(huán)性能

6、主要是因?yàn)樘祭w維網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，多孔碳纖維結(jié)構(gòu)給SnSb合金顆粒提供了一個(gè)合理的膨脹空間，石墨烯的存在又加強(qiáng)了碳纖維的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。
　　(3)石墨烯是一種二維碳材料，因?yàn)樗哂谐瑥?qiáng)的導(dǎo)電性、比表面積、非常薄的厚度、柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性在最近被認(rèn)為是一種先進(jìn)的鋰離子電池電極材料。石墨烯可以改善碳纖維的機(jī)械性能并且增強(qiáng)碳纖維的導(dǎo)電性。在本章中我們制備了含有多種比例石墨烯的SnxSb-石墨烯-碳多通道納米纖維氈，我們發(fā)

7、現(xiàn)石墨烯含量為0.019％的時(shí)候性能最好，首次循環(huán)庫(kù)倫效率達(dá)到了73％，在電流密度為0.1Ag-1的情況下第300次循環(huán)后仍然有617mAh/g的比容量，在2A/g的電流密度下也維持了361mAh/g的比容量。這些都展示出了優(yōu)異的循環(huán)性能。石墨烯過(guò)多對(duì)循環(huán)性能不利主要是因?yàn)榍膀?qū)體溶液中氧化石墨烯在退火過(guò)程中會(huì)加快聚合物的石墨化過(guò)程，而石墨化碳與SnSb金屬顆粒相容性不好，造成材料析出，破壞了結(jié)構(gòu)影響了性能，這為今后利用石墨烯對(duì)材料進(jìn)行修