静电纺复合纳米纤维负极及电化学性能研究

发布时间：2017-08-19 16:01

  本文关键词：静电纺复合纳米纤维负极及电化学性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 负极材料 硬炭 纳米纤维 锡基负极

【摘要】：锂离子电池以能量密度高、循环寿命长等优点已广泛应用于手机、笔记本等小型便携式电子设备上。随着电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)的不断推广,对动力电池的需求日益增长,因此开发兼具高能量密度和高功率密度的负极材料成为研究热点。同时,可穿戴设备逐渐走进人们的生活,可弯折的电池是可穿戴设备理想的电源,开发柔性的电极材料也得到人们的关注。本论文采用简单的静电纺丝的方法制备了硬炭与软炭复合纳米纤维,炭化后的复合纳米纤维薄膜可以弯折并具有一定的强度,作为自支撑电极研究了其电化学性能。这种复合炭纳米纤维电极兼具了硬炭的高容量和软炭的循环稳定性。700℃炭化复合纤维薄膜首次可逆比容量达693.8 mAh g-1,远高于石墨的理论比容量。同时,该电极也表现出来优异的倍率性能和循环稳定性,在2Ag-1的高倍率下测试容量保持为235 mAh g-1,在0.2 A g-1的电流密度循环200次后容量保持为288 mAh g-1,为首次可逆比容量的85%。锡基材料具有高的比容量和较好的安全性能,是比较有应用前景的负极材料之一。但是,金属锡和锂合金化过程中较大的体积变化,会导致材料的粉化、脱落,循环稳定性较差。炭包覆法是一种简单有效的改善锡基材料循环性能的方法。本论文采用同轴静电纺丝的方法制备了中空炭包覆锡纳米纤维,纤维中的空隙可以储存电解液,并进一步减小锂离子的扩散路径,成功解决了锡基材料容量衰减快和寿命短的问题。中空Sn/C复合电极在200 mA g-1的电流密度下循环100次后容量达到443 mAh g-1,并具有较好的循环稳定性。
【关键词】：锂离子电池 负极材料 硬炭 纳米纤维 锡基负极
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM912
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-26
• 1.1 锂离子电池简介8-13
• 1.1.1. 锂离子电池的发展历史及现状8-10
• 1.1.2. 锂离子电池组成与工作原理10-11
• 1.1.3. 锂离子电池特点11-13
• 1.2 锂离子电池负极材料13-18
• 1.2.1 常见炭负极材料14-16
• 1.2.2 非炭类负极材料16-18
• 1.3 负极材料表面SEI膜的形成机理18-19
• 1.4 静电纺丝技术19-23
• 1.4.1. 静电纺丝装置及原理19-21
• 1.4.2. 静电纺丝过程参数对纤维形貌的影响21-23
• 1.5 本文的选题背景及研究内容23-26
• 第二章 实验仪器、药品与研究方法26-30
• 2.1 实验原料26-27
• 2.2 实验仪器27
• 2.3 表征测试27-30
• 2.3.1. 扫描电镜和透射电镜分析27
• 2.3.2. X射线衍射分析27-28
• 2.3.3. 拉曼光谱分析28
• 2.3.4. X射线光电子能谱分析28
• 2.3.5. 热重分析28
• 2.3.6. 比表面积分析28-30
• 第三章 静电纺自支撑沥青/PAN复合炭纳米纤维30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.2.1 自支撑沥青/PAN复合炭纳米纤维(P/P-CNFs)的制备30-31
• 3.2.2 电极制备和电化学性能测试31
• 3.3 结果与讨论31-46
• 3.3.1 形貌与微观结构分析31-37
• 3.3.2 炭化温度对电化学性能的影响37-43
• 3.3.2.1. 循环伏安测试37-38
• 3.3.2.2. 充放电测试38-40
• 3.3.2.3. 倍率性能测试40-41
• 3.3.2.4. 循环性能测试41-42
• 3.3.2.5. 循环后电极的形貌42-43
• 3.3.2.6. 交流阻抗测试43
• 3.3.3 电极制备方法对电化学性能的影响43-46
• 3.3.3.1. 形貌对比分析43-44
• 3.3.3.2. 交流阻抗测试44-45
• 3.3.3.3. 充放电测试45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 静电纺自支撑中空Sn@C复合纳米纤维48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 自支撑中空Sn@C复合纳米纤维的制备48-49
• 4.2.2 电极制备和电化学性能测试49
• 4.3 结果与讨论49-58
• 4.3.1 形貌与结构分析49-53
• 4.3.2 复合纤维中Sn的含量计算53-54
• 4.3.3 电化学性能研究54-58
• 4.3.3.1. 充放电测试54-55
• 4.3.3.2. 循环伏安测试55-56
• 4.3.3.3. 倍率性能测试56-57
• 4.3.3.4. 循环性能测试57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-68
• 发表论文和参加科研情况68-70
• 致谢70

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