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铁基氧硫化物复合纳米纤维的构筑及其储锂性能研究

发布时间:2021-11-15 23:41
  锂离子电池由于能量密度高、充放电速度快、无记忆效应、安全性能好等优点,被认为是最理想的电化学储能装置。而其电化学性能主要取决于电极材料,其中,铁基氧硫化物因具有理论容量高、资源丰富、成本低廉和环境友好等优点,成为最具实用价值的电极材料之一。然而铁基氧硫化物作为电极材料时仍存在以下问题制约着其电化学性能的提升及商业化应用:①固有的低电导率,严重限制了电子在电极材料中的传导;②充放电过程中较严重的体积膨胀效应,会导致电极材料的粉化脱落。针对以上问题,本论文利用静电纺丝技术,构筑多种形貌可控的铁基氧硫化物复合纳米纤维。其一维结构可将电子的传输限制在一维维度上,并为电子和离子的扩散提供短通道;与碳复合可增加材料的导电性,解决铁基氧硫化合物低电导率的问题;而自带空隙的纳米纤维和纳米管(管中管)结构,可为充放电过程的体积膨胀提供充足缓冲空间,从而提高电极材料的循环稳定性。这为铁基氧硫化物在储能领域中的实际应用提供了理论依据。本论文的研究内容主要分为以下五个部分:1.自带纳米空隙Fe3O4/C柔性纳米纤维的结构设计及其储锂性能研究将α-FeOOH与聚丙烯腈(PAN)混合纺丝获得FeOOH/PAN复合... 

【文章来源】:扬州大学江苏省

【文章页数】:167 页

【学位级别】:博士

【部分图文】:

铁基氧硫化物复合纳米纤维的构筑及其储锂性能研究


图1-4锂离子电池中的转化反应机理示意图??

装置图,静电,装置图,纳米纤维


数在控制最终纳米纤维的结构和组成中都起着重要作用[95,981。前者??包括针头类型、前体溶液的浓度、聚合物的类型以及无机组分与聚合物的比例等因素,??而退火参数通常包括升温速率、锻烧温度、时间和气氛。??I??.A?J??Polymer?Solution??')?I??Syringe?Pump?^1????■??Taylor?Cone??\?—1?Collector??;'■??HV?Power?Supply? ̄?????????????—??图1-5静电纺丝装置图??Fig.?1-5?Schematic?illustration?of?the?basic?setup?for?electrospinning.??通过设计合适的喷丝头,控制静电纺丝x艺参数和退火参数以及将静电纺丝技术??4其他的方法相结合的手段,静|?U纺丝技术可以扩展半:合成多种形貌的纳米纤维。如??图1-6所示,目前己经成功合成了琥珀项链状199】,竹节状,U螺旋形|mI,项链状|K)2I,??带状l|Wl,多通道管状管屮管状Ml,气泡状l1G5l,空心管状11U6I,类豆荚状1|()61以及??分层结构11(17啲纳米纤维。研究表明,这些纳米纤维优异的结构和多功能性对能量的存??储与转化、生物技术、纺织品、过滤器、传感器等众多应用领域具有高度的吸引力|98im—??1()81。静电纺丝制备的纳米纤维具有大的比表面积和孔径结构,可通过简单可控的添加??其他组分来提供独特的化学、物理和机械功能,因此,静电纺丝技术为功能化的一维纳??米纤维的制备打幵了一道大门。??7??

气泡图,纳米纤维,琥珀,竹节


?扬州大学博士学位论文???(h)?M?'J??屢暖_??图1-6通过静电纺丝法获得各种结构的纳米纤维:(a)琥珀项链状[99],(b)竹节状[1GQ],(c)螺旋??形[1()1】,(d)项链状I1Q2],?(e)带状[1G3],(f)多通道管状[1G4],?(g)管中管状[981?(h)气泡状[1051??(i)空心管状[■],(j)类豆荚状[岡以及(k)分层结构[1G7]的纳米纤维??Fig.?1-6?Various?nanofibrous?structures?obtained?by?electrospinning.(a)?hierarchical?amber?necklace???like,(b)?bamboo-like,(c)?helical,(d)?necklace-like,(e)?ribbon-like,(f)?multichannel?tubular,(g)?tube?in??tube,(h)?bubble-nanorod-structured,(i)?hollow?nanotube,?(j)?pea-like?nanotube,(k)?layered?structure?of??nanofibers.??1.3.2电纺纳米纤维的优势??一维纳米纤维作为电极材料时,在获得高容量、高倍率和长循环性能方面具有诸??多优势,因此被认为是能源相关领域最有前途的材料之一。??(1)?一维纳米纤维的直径是纳米尺度的,通过以下方程式:??T=Z,2i〇n/Dion?C?1-6)??(T是完全扩散所需的时间,L1OT是锂离子在主体内的扩散长度,D1M1是锂离子的扩散??系数)可知,锂离子在主体中的扩散长度

【参考文献】:
期刊论文
[1]多壳层Cr2O3空心球用作高性能锂离子电池负极材料[J]. 王江艳,唐红杰,王丹.  科学通报. 2019(34)
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本文编号:3497737

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