Sn基復(fù)合納米碳纖維制備及其儲能功能研究.pdf

1、新型功能纖維的開發(fā)及推廣應(yīng)用，開拓出染整功能研究領(lǐng)域的新空間，使染整工藝技術(shù)不再局限于日常服用功能。隨著消費類鋰離子電池的不斷推陳出新，染整功能整理技術(shù)應(yīng)用于儲能功能纖維的制備設(shè)計正迎合了市場需求。據(jù)此，本文以染整工藝技術(shù)拓展新思路為引導(dǎo)，以紡織纖維能量轉(zhuǎn)化與儲存應(yīng)用為切入點，結(jié)合錫(Sn)基材料的儲能特性和納米碳纖維(CNFs)的高導(dǎo)電性，賦予Sn基復(fù)合納米碳纖維儲能功能。針對Sn基材料體積效應(yīng)，通過內(nèi)部改性及外部保護兩種方式，分別對

2、Sn基復(fù)合納米碳纖維的成分、形貌和結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，以提高循環(huán)性能。通過分析不同方法制備的Sn基復(fù)合納米碳纖維成分、結(jié)構(gòu)和儲能功能之間的關(guān)系，探討其儲能機理。
　　第一章首先介紹了鋰離子電池的研究背景及工作原理，而后簡要闡述了負極材料類型及特點，隨后著重論述了Sn基負極材料的研究現(xiàn)狀和存在的問題，據(jù)此提出了本文的研究意義及工作內(nèi)容。
　　在第二章工作中，利用Sn鹽作為單質(zhì)Sn前驅(qū)體，與PAN共混紡絲-碳化，制得Sn基復(fù)合多孔納米

3、碳纖維(Sn-PCNFs)。金屬Sn以無定形態(tài)超均勻分散于CNFs中，部分溢出團聚成Sn基大顆粒裸露于CNFs表面。結(jié)果表明，Sn-PCNFs在0.8A g-1大電流密度下循環(huán)200次，能保持774 mA h g-1的高比容量;由于裸露的Sn基大顆粒易在充放電過程中破碎脫落而失去活性，因此Sn-PCNFs的循環(huán)壽命及穩(wěn)定性有待提高。
　　在第三章工作中，以利用第二章裸露的Sn基大顆粒為出發(fā)點，利用Sn和Cu的前驅(qū)體與PAN發(fā)生絡(luò)合

4、反應(yīng)高度分散Sn-Cu前驅(qū)體，采用碳化-合金化一步法制得Sn-Cu合金與CNFs基體(Sn-Cu-CNFs)，控制溫度為700℃可使惰性Cu3Sn和活性Cu6Sn5共存于Sn基大顆粒中，顯著提升Sn基復(fù)合納米碳纖維的循環(huán)性能。結(jié)果表明，Sn-Cu-CNFs在1.0 Ag-1大電流密度下，可循環(huán)1200次，比容量保持400mA h g-1，庫倫效率為99％;對比Sn-PCNFs，循環(huán)壽命大幅提升。
　　在第四章工作中，以保護第二章裸

5、露的Sn基大顆粒為思路，以廉價的蔗糖為碳源，采用低溫水熱法進行碳包覆保護，制得碳包覆Sn基復(fù)合納米碳纖維(Sn-SnO2-CNF@C)，控制蔗糖濃度可獲得均勻包覆的碳層結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，Sn-SnO2-CNF@C2在電流密度為0.8Ag-1下循環(huán)200次，容量保持712.2mAhg-1;對比Sn-PCNFs，Sn-SnO2-CNF@C2具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
　　在第五章工作中，首次利用準分子紫外光輻照技術(shù)微氧化

6、改性納米碳纖維（UV20-CNFs）和Sn基納米碳纖維（UV20-Sn-CNFs），使纖維表面產(chǎn)生含氧官能團，不僅有利于提高反應(yīng)動力學(xué)，而且使循環(huán)過程中形成的固體電解質(zhì)界面(SEI)膜穩(wěn)定錨固在纖維上，提高循環(huán)穩(wěn)定性;同時在纖維表面形成多孔結(jié)構(gòu)，增加物理儲鋰量。結(jié)果表明，UV20-Sn-CNFs在0.5 Ag-1的電流密度下循環(huán)200次，放電比容量為733 mAh g-1，庫倫效率達99％; UV20-CNFs在2.0A g-1的大電流