本文關(guān)鍵詞：靜電紡復(fù)合納米纖維負(fù)極及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰離子電池以能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本等小型便攜式電子設(shè)備上。隨著電動汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)的不斷推廣,對動力電池的需求日益增長,因此開發(fā)兼具高能量密度和高功率密度的負(fù)極材料成為研究熱點(diǎn)。同時(shí),可穿戴設(shè)備逐漸走進(jìn)人們的生活,可彎折的電池是可穿戴設(shè)備理想的電源,開發(fā)柔性的電極材料也得到人們的關(guān)注。本論文采用簡單的靜電紡絲的方法制備了硬炭與軟炭復(fù)合納米纖維,炭化后的復(fù)合納米纖維薄膜可以彎折并具有一定的強(qiáng)度,作為自支撐電極研究了其電化學(xué)性能。這種復(fù)合炭納米纖維電極兼具了硬炭的高容量和軟炭的循環(huán)穩(wěn)定性。700℃炭化復(fù)合纖維薄膜首次可逆比容量達(dá)693.8 mAh g-1,遠(yuǎn)高于石墨的理論比容量。同時(shí),該電極也表現(xiàn)出來優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,在2Ag-1的高倍率下測試容量保持為235 mAh g-1,在0.2 A g-1的電流密度循環(huán)200次后容量保持為288 mAh g-1,為首次可逆比容量的85%。錫基材料具有高的比容量和較好的安全性能,是比較有應(yīng)用前景的負(fù)極材料之一。但是,金屬錫和鋰合金化過程中較大的體積變化,會導(dǎo)致材料的粉化、脫落,循環(huán)穩(wěn)定性較差。炭包覆法是一種簡單有效的改善錫基材料循環(huán)性能的方法。本論文采用同軸靜電紡絲的方法制備了中空炭包覆錫納米纖維,纖維中的空隙可以儲存電解液,并進(jìn)一步減小鋰離子的擴(kuò)散路徑,成功解決了錫基材料容量衰減快和壽命短的問題。中空Sn/C復(fù)合電極在200 mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后容量達(dá)到443 mAh g-1,并具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 硬炭 納米纖維 錫基負(fù)極
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O646;TM912
【目錄】：

• 學(xué)位論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-26
• 1.1 鋰離子電池簡介8-13
• 1.1.1. 鋰離子電池的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀8-10
• 1.1.2. 鋰離子電池組成與工作原理10-11
• 1.1.3. 鋰離子電池特點(diǎn)11-13
• 1.2 鋰離子電池負(fù)極材料13-18
• 1.2.1 常見炭負(fù)極材料14-16
• 1.2.2 非炭類負(fù)極材料16-18
• 1.3 負(fù)極材料表面SEI膜的形成機(jī)理18-19
• 1.4 靜電紡絲技術(shù)19-23
• 1.4.1. 靜電紡絲裝置及原理19-21
• 1.4.2. 靜電紡絲過程參數(shù)對纖維形貌的影響21-23
• 1.5 本文的選題背景及研究內(nèi)容23-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器、藥品與研究方法26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器27
• 2.3 表征測試27-30
• 2.3.1. 掃描電鏡和透射電鏡分析27
• 2.3.2. X射線衍射分析27-28
• 2.3.3. 拉曼光譜分析28
• 2.3.4. X射線光電子能譜分析28
• 2.3.5. 熱重分析28
• 2.3.6. 比表面積分析28-30
• 第三章 靜電紡自支撐瀝青/PAN復(fù)合炭納米纖維30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分30-31
• 3.2.1 自支撐瀝青/PAN復(fù)合炭納米纖維(P/P-CNFs)的制備30-31
• 3.2.2 電極制備和電化學(xué)性能測試31
• 3.3 結(jié)果與討論31-46
• 3.3.1 形貌與微觀結(jié)構(gòu)分析31-37
• 3.3.2 炭化溫度對電化學(xué)性能的影響37-43
• 3.3.2.1. 循環(huán)伏安測試37-38
• 3.3.2.2. 充放電測試38-40
• 3.3.2.3. 倍率性能測試40-41
• 3.3.2.4. 循環(huán)性能測試41-42
• 3.3.2.5. 循環(huán)后電極的形貌42-43
• 3.3.2.6. 交流阻抗測試43
• 3.3.3 電極制備方法對電化學(xué)性能的影響43-46
• 3.3.3.1. 形貌對比分析43-44
• 3.3.3.2. 交流阻抗測試44-45
• 3.3.3.3. 充放電測試45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第四章 靜電紡自支撐中空Sn@C復(fù)合納米纖維48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.2.1 自支撐中空Sn@C復(fù)合納米纖維的制備48-49
• 4.2.2 電極制備和電化學(xué)性能測試49
• 4.3 結(jié)果與討論49-58
• 4.3.1 形貌與結(jié)構(gòu)分析49-53
• 4.3.2 復(fù)合纖維中Sn的含量計(jì)算53-54
• 4.3.3 電化學(xué)性能研究54-58
• 4.3.3.1. 充放電測試54-55
• 4.3.3.2. 循環(huán)伏安測試55-56
• 4.3.3.3. 倍率性能測試56-57
• 4.3.3.4. 循環(huán)性能測試57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 發(fā)表論文和參加科研情況68-70
• 致謝70

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