碳納米纖維用作鋰離子二次電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展,鋰離子二次電池對(duì)充放電容量、充放電循環(huán)性能的要求越來越高。負(fù)極材料的選取對(duì)鋰離子二次電池的性能有極大的影響,因此高比容量、高穩(wěn)定性的負(fù)極材料的研制是鋰電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。碳納米纖維及其復(fù)合材料是目前鋰電池負(fù)極材料研究方向的一個(gè)分支。靜電紡絲法制備的碳納米纖維具有密度低、比表面積大、導(dǎo)電性能好、結(jié)構(gòu)缺陷少等一系列優(yōu)勢(shì),其作為鋰離子二次電池負(fù)極材料擁有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文將分子量為1,300,000的聚乙烯吡

2、咯烷酮(PVP)溶解在無水乙醇中,配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的PVP溶液作為電紡溶液,采用靜電紡絲法,在室內(nèi)濕度低于30%,紡絲速度為0.8mL/h、電紡電場(chǎng)約為1.9kV/cm、接收距離為13cm的電紡實(shí)驗(yàn)條件下制備了大量連續(xù)、直徑尺寸較小且沿長(zhǎng)度方向均勻的PVP聚合物納米纖維。
　　經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和相關(guān)測(cè)試,確定了PVP聚合物納米纖維退火過程中的預(yù)氧化時(shí)間、預(yù)氧化溫度、炭化時(shí)間、炭化溫度等退火參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:PVP納米纖維只有在1

3、50℃經(jīng)過24小時(shí)的預(yù)氧化,并在280℃經(jīng)過2小時(shí)的預(yù)氧化,才能形成具有耐熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的纖維,得到預(yù)氧化程度較好的預(yù)氧化氈。只有預(yù)氧化程度較好的預(yù)氧化氈在高溫炭化后才能保持纖維的形態(tài),得到直徑在100nm~200nm之間且纖維形態(tài)保持良好的碳納米纖維。
　　采用熱重分析(TGA)、差示掃描量熱分析(DSC)、傅里葉變換紅外吸收光譜分析(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)和激光拉曼光譜(LRS)等測(cè)試表征

4、了各種退火參數(shù)對(duì)預(yù)氧化纖維和碳納米纖維的形貌、結(jié)構(gòu)及物相的影響。測(cè)試結(jié)果顯示,聚合物纖維經(jīng)過預(yù)氧化完成了環(huán)化反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、氧化反應(yīng)等物理化學(xué)反應(yīng),形成了具有耐熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的纖維;在一定溫度范圍內(nèi),纖維的炭化程度隨著炭化溫度的升高和炭化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。
　　將不同退火條件下制備的碳納米纖維作為正極,以鋰片為對(duì)電極,以1mol/L的LiPF6/EC+DMC+EMC(體積比1:1:1)為電解液,制備成了鈕扣式電池,在室溫下使用高精度電