錫基碳纖維復合材料的制備和儲鋰-納性能研究.pdf

1、隨著便攜式電子設備和電動汽車的興起，人們對儲能設備提出了更高的儲能要求。鋰離子電池因為比容量大、工作電壓高、無污染等特點受到了極大的關注。然而目前商業(yè)化的鋰離子電池負極材料—碳材料理論容量雖然比較高，達到了372mA h/g，但是仍然難以滿足用電器對儲能設備的性能要求。于是硅基材料（硅、碳化硅）、錫基化合物（硫化錫、錫銻合金）、過渡金屬氧化物（氧化鈷、氧化鐵）等具有較高比容量的負極材料受到了極大的關注。但是這些新型負極材料都因為在嵌/脫

2、鋰過程中會產生巨大的體積變化而產生了粉化現(xiàn)象，這直接導致了糟糕的循環(huán)穩(wěn)定性。碳材料因為可以有效的緩解體積效應而受到了極大的關注。隨著可穿戴設備的興起，異形柔性電池開始興起，人們又對電池的機械性能提出了更高的要求，柔性電池具有廣泛的應用前景，電極是柔性電池的重要一環(huán)。柔性碳纖維、石墨烯因為具有優(yōu)異的導電性和機械性能已經備受能源界關注。
　　本文從合成機理、結構控制、電化學性能調控等多方面研究了錫基化合物纖維，制備了無需集流體和粘結劑

3、的SnxSb-石墨烯-多通道/多孔碳纖維柔性氈，研究了其儲鋰/鈉性能，開展的具體工作如下:
　　(1)錫基負極材料因為優(yōu)異的比容量和導電性而備受關注，但是其在實際應用中備受體積效應的困擾，在本章中我們架構了一種具有優(yōu)異儲鋰性能和機械性能的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，首次庫倫效率達到了67％，并且展現(xiàn)出了優(yōu)秀的倍率性能，電流密度為2Ag-1時，比容量仍然達到了381mA h/g;(3)SnxSb-石墨烯-碳多通道納米纖維氈展現(xiàn)出了優(yōu)秀的機械性能，順利通過了彎折性能測試并且維持了良好的形貌。
　　(2)鋰離子電池因為能量密度高、輸出電壓高、循環(huán)性能好等優(yōu)點而被廣泛的應用于電子、交通等行業(yè)，但是鋰資源分布不均、資源短

5、缺的缺點。鈉離子電池相比鋰離子電池具有成本上的優(yōu)勢，并且有可能取代鋰離子電池大規(guī)模的應用，鈉離子電池已經引起了能源界的廣泛關注。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極。該復合材料在100mA h/g的電流密度下首次放電容量達到了630mA h/g，在第70個循環(huán)仍然有300mA h/g，顯示了超越碳負極材料/錫負極材料的優(yōu)越循環(huán)性能。該材料在電流密度為2Ag-1的時候比容量為150mA h/g。優(yōu)秀的循環(huán)性能

6、主要是因為碳纖維網絡提供了一個高效的導電網絡，多孔碳纖維結構給SnSb合金顆粒提供了一個合理的膨脹空間，石墨烯的存在又加強了碳纖維的機械性能和導電性。
　　(3)石墨烯是一種二維碳材料，因為它具有超強的導電性、比表面積、非常薄的厚度、柔韌性和化學穩(wěn)定性在最近被認為是一種先進的鋰離子電池電極材料。石墨烯可以改善碳纖維的機械性能并且增強碳纖維的導電性。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％的時候性能最好，首次循環(huán)庫倫效率達到了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。石墨烯過多對循環(huán)性能不利主要是因為前驅體溶液中氧化石墨烯在退火過程中會加快聚合物的石墨化過程，而石墨化碳與SnSb金屬顆粒相容性不好，造成材料析出，破壞了結構影響了性能，這為今后利用石墨烯對材料進行修