




版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
1、11摻雜石墨烯的中空多孔碳/硅復合納米纖維的制備與應用1.1 鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀和應用前景在強大的社會需求下,新能源的開發(fā)和應用刻不容緩。能源的開發(fā)利用必然涉及到能源的儲存和運輸,以及各種能量形式之間的轉(zhuǎn)化,電池(化學電源)就是一種能將化學能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。伴隨著目前空間技術、電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,化學電源在通信通訊、便攜式電子設備、電動汽車等許多方面得到了廣泛應用,對人類生活產(chǎn)生了重大影響。在眾多的化學電源中,如鋅鈕、鉛酸、鍥福、鍥氫和鋰鋰離子二次電池等,從環(huán)保性、能量密度、安全性、使用壽命和成本等方面考慮,鋰離子二次電池都占有優(yōu)勢而倍受使用者的青睞。隨著技術的進步,工藝的完善和電動車
2、的發(fā)展,手機、數(shù)碼相機和游戲機對電池的需求,以及3移動電話服務推出,再加上手提電腦、數(shù)碼相機及其他個人數(shù)碼電子設備日漸普及,在未來幾年仍將保持快速增長,其市場潛力將更龐大,鋰離子電池的應用有著光明的前景。1.2 鋰離子電池的工作原理及特征鋰電池由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成,正極為不同類型的含鋰化合物,負極則由石墨一類的物質(zhì)形成層狀結(jié)構Li+可填充于其中。充電時,加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子,經(jīng)過電解質(zhì)后嵌入負極分子的片層結(jié)構的碳中。放電時,鋰離子則從片層結(jié)構的負極材料的品格中脫出,經(jīng)過電解液重新和正極的化合物結(jié)合,鋰離子的移動產(chǎn)生了電流。鋰離子的放電示意圖如圖1-1所示:L
3、oad負極正極PharSe八/J_二、一Discharge,LUElectrolyteLjxCo02圖1-1鋰離子電池充放電示意圖與傳統(tǒng)的二次電池相比,鋰離子電池有許多突出的優(yōu)點。鋰離子電池的特征:(1)開路電壓高:采用電負性最低的金屬鋰與正負極發(fā)生插入反應而決定具有較高的放電電壓。通常單體鋰離子電池的電壓3.6V,為鍥福和鍥氫電池的3倍。(2)能量密度高:與目前較廣泛使用的Ni/Cd電池及Ni/MH電池相比,鋰離子電池按單位體積或單位質(zhì)量計算所儲存的能量大。(3)安全性能好,循環(huán)壽命長,可達1000次以上。鋰是被插入到正負極材料內(nèi)部,并不是沉積于表面,避免了在充放電過程中形成枝晶,有效的避免
4、短路的發(fā)生,進而安全性得以大大提高,循環(huán)壽命也大大提高。(4)自放電率?。轰囯x子電池月自放電率僅為6豚8%遠低于鍥鎘電池(25%至30%)及鍥氫電池(30%至40%)。鋰離子電池在首次充電過程中會在碳負極表面形成一層固體電解質(zhì)中間相允許離子通過但不允許電子通過,因此可以較好地防止自放電。(5)無記憶效應。記憶效應就是電池用電未完時再充電時充電量下降。無記憶效應可以根據(jù)要求能夠隨時充電,而不會影響電池性能。(6)清潔、無污染。鋰離子電池不含有鉛、汞等有毒物質(zhì),對環(huán)境無污染,鋰離子電池中不存在有害物質(zhì),是名副其實的“綠色電池”。1.2鋰離子電池相關材料發(fā)展簡介鋰離子電池的開發(fā)與研究主要集中在鋰離子
5、電池的正極材料、負極材料和電解質(zhì)體系。電池組成材料的制備工藝和性能很大程度上決定了鋰離子電池的性能(尤其是正極和負極材料極為重要),所以鋰離子電池的研究焦點是正負極材料的研究,下面對鋰離子電池組成部分的研究狀況加以綜述。表常見正極材料的比莪Table1-1TheComparisonofcommoncathodematerial材料名稱理論比容量實際比容量電位平臺主要優(yōu)點主要映點mAh-g'1mAhg-1VLiCoOj275130-1404性能穩(wěn)定,高比容量,放電平臺平穩(wěn)資源匱乏成本高有一定毒害LiNiO;170-180A高比容量制備困難Zr%價格較低穩(wěn)定性較差LiMrt3O414810
6、0-1204低成本高溫循環(huán)和存放性能較差LiIFePO417060-901c安全,循環(huán)穩(wěn)定性離子遷移率低JkJ好,成本低,環(huán)保電子導電率低1.2.1 鋰離子電池正極材料目前鋰離子離子電池正極材料研究主要集中在LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4以及LixFePO4等體系。目前己用于鋰離子電池規(guī)模生產(chǎn)的正極材料為LiCoO2,其他新型材料正在進一步研究中?,F(xiàn)將主要應用材料的主要指標及優(yōu)缺點總結(jié)如表1-1。1.2.2 鋰離子電池的電解質(zhì)材料電解液在鋰離子電池的正負極之間起著輸送鋰離子的作用,對鋰離子電池而言,選擇合適的電解液是獲得高能量密度、長循環(huán)壽命和電池安全的關鍵問題之一。鋰離子電池的充
7、放電電壓一般都在3V以上,在這個電壓范圍內(nèi),水溶性電解液易發(fā)生分解,因此鋰離子電池均采用有機電解液。一般情況下,好的電解液應該滿足以下條件:高電導率、電化學窗口大、良好的熱穩(wěn)定性、安全性高、毒性小、成本低等。1.2.3 鋰電池負極材料負極材料作為影響鋰離子電池性能的關鍵因素之一,已成為該研究領域的熱門課題。目前的鋰離子電池負極材料的研究主要集中在:(1)碳基材料;(2)合金類材料;(3)金屬氧化物系列;(4)復合材料等。1.2.4 鋰離子電池的其他組成部分隔膜:為防止正負極短路,使用聚乙烯系多微孔的薄膜。具耐電解液、不吸水、電絕緣性好、離子傳導性好、機械強度高,特別是熱可融性,如130c左右,
8、膜的微孔閉合,電池放電自動停止,能確保電池安全。粘合劑:將正負極材料粘附在集流體上,要求其粘結(jié)性好、耐電解液、不易被氧化還原等,常用的高分子粘合劑有聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等。2.1 鋰離子負極材料的發(fā)展現(xiàn)狀作為理想的鋰離子電池的負極材料,通常需要滿足以下幾個條件:(1)與正極材料的化學電位相差大,便于獲得高的輸出電壓;(2)能夠嵌入和脫出盡可能多的鋰;(3)在鋰離子嵌入脫出的過程中結(jié)構變化小,利于電極的長期循環(huán);(4)與電解質(zhì)不發(fā)生反應,或者能夠生成阻斷反應進一步發(fā)生的鈍化膜,或固態(tài)電解質(zhì)薄膜;(5)材料本身以及電化學反應中產(chǎn)生的插入化合物具有高的電子電導率和離子電導率,便于電池在大電流下進行
9、充放電;(6)氧化還原電位隨著鋰插入量的變化盡可能小,能夠減小電池在放電過程中電壓的變化。目前使用和研究較多的大致有以下幾個類別:碳材料、合金、金屬氧化物、磷化物和硫化物以及尖晶石結(jié)構的鈦酸鋰。2.1.1 碳材料碳材料大致分為了石墨類炭、軟碳和硬碳三大類。石墨具有層狀結(jié)構,層與層之間通過作用維持結(jié)構的穩(wěn)定性。作為鋰離子電池的負極材料,在充電時鋰離子可以插入到石墨層間,從而實現(xiàn)儲鋰。石墨因為價格低廉,結(jié)構穩(wěn)定,比容量高,具有接近金屬鋰的還原電位且放電電位平穩(wěn),是目前使用最為廣泛的負極材料。然而,石墨雖為鋰離子電池的負極材料,也有它自身的缺點和局限。其比容量己經(jīng)無法滿足當前電池高能量密度,小體積的
10、發(fā)展的要求,耐過充放電性能差,當放電(對負極)電位達0V甚至更低時,會有金屬鋰在負極沉積,存在安全隱患。石墨中插入的化合物化學活性高,在電池脹氣時容易發(fā)生爆炸,與某些電解液體系不能兼容。止匕外,石墨的表面通常存在大量的缺陷,在首次充放電過程中難以一次形成致密均一的固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI),造成首次充電效率低,循環(huán)性能差。為解決這些問題,通常情況下會對石墨表面進行改性,改善其首次充放電效率。另一方面,可以在電解液中加入成膜添加劑,加速SEI膜的形成,同時還可以抑制電池自放電。此外,向石墨中摻雜少量的其他元素可以提高放電電位,從而避免鋰的沉積。碳納米管和石墨烯是石墨以及普通無定形碳相比較為特殊兩種碳
11、材料。碳納米管自1991年被發(fā)現(xiàn)以來,因其特殊的納米結(jié)構,高機械強度與韌度和導電性受到廣泛的關注。然而,單一的碳納米管作為鋰離子電池的負極,其電化學性能并沒有非常大的改善,具體表現(xiàn)為雖然碳納米管首次放電容量高,但可逆容量低,而且成本高,不利于大規(guī)模推廣,因而現(xiàn)在大多被用作活性物載體。與其他具有更加優(yōu)異的電化學性能的錫合金等結(jié)合,制備具有特殊納米結(jié)構的復合電極。石墨烯具有良好的導電性,且機械韌度高,比表面積大,在儲氫、催化和鋰離子電池中也具有相當?shù)膬?yōu)勢,具儲鋰機制己不同于層狀結(jié)構的石墨,充放電特性更接近于無定形碳材料。充放電過程中存在明顯的極化現(xiàn)象,即充放電電壓相差很大,使得電池能量轉(zhuǎn)換效率降低
12、。另一方面,石墨烯的首次充放電效率低80%,遠遠低于商業(yè)石墨超過90%的水平,會造成正極材料的浪費,使電池成本升高。因此,石墨烯作為鋰離子電池負極的研究,逐漸轉(zhuǎn)向與金屬氧化物以及鈦化合物相結(jié)合,用以得到具有二維平面納米結(jié)構,高比表面的電極材料2.1.2 納米金屬氧化物負極材料納米金屬氧化物負極材料比容量和放電平臺都普遍高于石墨,可以在一定程度上避免理枝晶的產(chǎn)生,有利于改善電池安全性能。對于金屬氧化物來說,氧化物被還原至金屬單質(zhì)的過程決定了材料容量,而凝膠狀電解質(zhì)膜則為電池提供了氧化還原反應之外的容量,造成在某些情況下電池容量高于通過轉(zhuǎn)化反應計算得到的理論容量。另一方面,凝膠狀電解質(zhì)薄膜的生成又
13、可以保持顆粒的分散性,防止在循環(huán)過程中發(fā)生團聚,防止容量衰減。然而,不同粒徑和形貌的金屬氧化物,其電化學性能差異很大,對生產(chǎn)工藝要求苛刻;其次,首次充放電容量損失通常高于20%,部分納米粒子高達40%,充放電電壓相差過大,造成充放電過程中能量浪費。微米量級的金屬氧化物可逆容量低,循環(huán)性能差,需要將粒徑減小至納米尺寸,不利于提高電池的體積能量密度。最后,根據(jù)轉(zhuǎn)化反應機理可以看到放電時會產(chǎn)生大量的低密度的氧化鋰,造成在放電過程中電極體積急劇膨脹,應力的累計最終導致活性物質(zhì)從集流體上脫落,造成容量衰減。為克服這些缺點,通常情況下制備具有特殊納米結(jié)構(如介孔材料、納米纖維、空心結(jié)構),或者對金屬氧化物
14、進行包覆和復合,緩解循環(huán)過程中電極的體積膨脹。2.1.3 合金負極材料1K00-SnLiSn. SbLi.Sb SI0 0WOO 2DOD 3000 4m 5000C1叫it3times口n=二::=:=Capacityperweight(mAhg1)圖1-2部分合金負極材料的質(zhì)量能量密度和體積能量密度在圖1-2給出了這些當前研究較多的合金化電極材料的質(zhì)量和體積能量密度與石墨的比較結(jié)果,可以看出相比于石墨電極,合金化材料,特別是單質(zhì)硅,體積和質(zhì)量能量密度都達到石墨的十倍以上,是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的理論容量最高的負極材料(金屬鋰除外)。研究發(fā)現(xiàn)在硅在鋰的插入過程中會經(jīng)歷一個相當長的非晶區(qū),當電極電位
15、降至對鋰(Li+/Li)電位為60mv時,會出現(xiàn)一個新的結(jié)晶相Li5Si4(對應比容量3600mAhg1).盡管硅具有驚人的比容量和較低的鋰脫嵌電位,無論從能量密度還是功率密度上都具有誘人的應用前景,然而在整個充放電過程中中其體積要經(jīng)歷將近300%的變化,應力的迅速積累會導致活性物質(zhì)從集流體的脫落,致使容量迅速衰減。因此,當前對硅材料的研究,主要集中在改善硅的長期循環(huán)性上和改善體積變化上。3.1 靜電紡絲原理靜電紡絲法是一種能夠制備連續(xù)長徑比大的微納米有機/無機纖維的最簡單方法。高壓靜電紡絲簡稱電紡,它分為熔融紡絲和溶液紡絲,是通過在聚合物溶液(或熔體)在高壓電場的作用下形成纖維的過程,其核心
16、是使帶電荷的高分子溶液或熔體在靜電場中流動與變形,然后經(jīng)溶劑蒸發(fā)。電紡絲制備的聚合物納米纖維膜并碳化所得的碳納米纖維布不僅具有良好的導電性,而且不需要用粘合劑粘結(jié)成塊便可直接作為電極材料使用。下圖1-3是靜電紡絲裝置示意圖。如圖所示,靜電紡絲裝置主要有三部分構成:計量和注射裝置(注射泵和注射器卜高壓靜電發(fā)生裝置(高壓電源)、以及負極接收裝置(金屬平板、金屬滾筒、金屬輪框等)。在靜電紡絲工藝過程中,將紡絲液裝在注射器中,并使其帶上幾千至幾萬伏的高壓靜電,從而在噴絲針頭和接收屏之間產(chǎn)生一個強大的電場力。當電場力施加于紡絲液的表面時,將在表面產(chǎn)生電流,并且由于相同電荷相互排斥的原理導致電場力與紡絲液
17、的表面張力成相反的方向。如果電場力的大小等于紡絲液的表面張力時,帶電液滴就會懸掛在針頭的末端并處于平衡狀態(tài)。當電場力超過一個臨界值后,帶電液滴將在針頭噴絲圖1-3靜電紡絲裝置示意圖孔的錐頂點處被加速,并克服表面張力形成噴射細流。噴射過程中,細流將經(jīng)過不穩(wěn)定拉伸過程,直徑變得更細;同時溶劑揮發(fā),得到帶電的纖維,并最終落在接收裝置上,形成無紡布狀的納米纖維氈或平行取向的納米纖維膜。影響電紡過程的因素很多,大致可分為兩類:一類是聚合物溶液或熔體本身的性質(zhì),包括粘度、導電率、表面張力;另一類是控制參數(shù)和環(huán)境因素,包括流速、電壓、噴絲頭與接收裝置之間的距離、環(huán)境溫度、周圍空氣濕度和流動速度。其中聚合物溶
18、液或熔體性質(zhì)在很大程度上起決定作用。3.2 靜電紡絲法制備納米纖維的進展及制取流程制造納米纖維的方法有很多,如拉伸法、模板合成、自組裝、微相分離、海島型雙組分復合紡絲法、分子噴絲板紡絲法以及采用直接紡絲或后整理方法將納米粉體材料與纖維復合得到納米纖維的方法、靜電紡絲等。具中靜電紡絲法以操作簡單、適用范圍廣、生產(chǎn)效率相對較高等優(yōu)點而被廣泛應用。近年來,隨著靜電紡絲技術的成熟以及研究者對復合碳納米纖維負極材料突出特性的深入認識,已逐漸掀起相應新型功能材料研制和作用機理的研究熱潮。近年來,隨著靜電紡絲技術的成熟以及研究者對復合碳納米纖維負極材料突出特性的深入認識,已逐漸掀起相應新型功能材料研制和作用
19、機理的研究熱潮。將PAN用靜電紡絲的方法制成納米纖維,然后經(jīng)過后續(xù)的熱處理過程制成碳纖維并用做電極材料,開創(chuàng)了將碳化后的PAN膜制成負極材料的先河,并研究了溫度對碳納米纖維的影響,結(jié)果得出,在1000c鍛燒得到的高度結(jié)晶的納米纖維容量最高,可逆容量也較高,但該法也有缺陷,如首次不可以容量損失較高,可能是由于首次循環(huán)過程中電極表面SEI膜的形成。自此以后,隨著靜電紡絲技術的成熟以及研究者對復合碳納米纖維負極材料突出特性的深入認識,開始用靜電紡絲法制備各種金屬/碳納米纖維的負極材料。為了避免黏結(jié)劑等助劑在電極組裝過程中的使用,研究者已經(jīng)研究可直接用于電池組裝的電極材料。除了Sn/C復合形式外,還有
20、Si/C等納米復合材料被學者們廣泛研究。靜電紡絲過程可以概括為三個階段:(1)聚合物帶電射流形成和該射流的初次直線拉伸;(2)射流高速不穩(wěn)定鞭動并再次細化;(3)射流固化成納米纖維。目前所研究的靜電紡技術一般都集中于單針頭靜電紡絲,該工藝獲得纖維的效率較低、產(chǎn)量小無法達到工業(yè)化要求。而多頭噴射靜電紡技術不,僅可以解決產(chǎn)量小的問題,還有望達到連續(xù)化生產(chǎn)和獲得大面積纖維網(wǎng)。通過靜電紡絲制備納米纖維束構成的連續(xù)紗線,則可以解決納米纖維氈力學性能差、纖維集合體結(jié)構無序等問題。它的一個重要特點就是制得的纖維直徑可在數(shù)十到數(shù)百納米至問,這些纖維的特點是具有很大的比表面積。用靜電紡絲法制得的纖維比傳統(tǒng)紡絲法
21、制得的纖維細得多,直徑一般在幾十納米至幾微米之間。第一,由于其直徑小,這種纖維形成的非織造布在力學性能、導電性、吸附性等方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性質(zhì),適合納米級非織造材料的獨特性能。第二,具有高比表面積:纖維直徑減小12個數(shù)量級,比表面積增大幾個數(shù)量級,高比表面積使靜電紡纖維的應用得到更大的拓展。第三,具有高吸附性:靜電紡非織造材料纖維具有高比表面積決定了其高吸附性,有很多無毒、吸附性好的高聚物制成納米級纖維非織造布,用作生物醫(yī)用材料,作為細胞培養(yǎng)基體。靜電紡絲法是一種能夠制備連續(xù)長徑比大的微納米有機/無機纖維的最簡單法。電紡絲制備的聚合物納米纖維膜并碳化所得的碳納米纖維布不僅具有良好的導電性,而且不
22、需要用粘合劑粘結(jié)成塊便可直接作為電極材料使用。因此,用靜電紡絲在制作納米纖維電極材料上具有獨特的優(yōu)勢和便利。靜電紡絲制備納米纖維的工藝流程:溶膠紡絲:將制備的具有一定粘度的膠狀二氧化硅溶液使用靜電紡絲設備紡制出二氧化硅納米纖維;碳化還原:將制得二氧化硅納米與碳粉混合在高溫條件反應一段時間制備硅納米纖維。4.1 鋰電池組裝方法電池組裝:正極殼開口面向上,平放于玻璃板上;用將正極片置入正極殼,正極片位于正中;采用膠頭滴管吸取電解液,浸潤正極片表面,夾取隔膜覆蓋正極片,再次使用膠頭滴管吸取電解液,潤濕隔膜表面。夾取鋰片放置于隔膜正中,夾取集電器置于鋰片上,嚴格對齊,然后夾取彈簧片置于集電器上,嚴格對
23、齊,最后銀子夾取負極殼覆蓋。用銀子夾起完成的電池(注意:銀子應夾緊,保證此時不發(fā)生漏液、內(nèi)部滑移等現(xiàn)象)。置入壓片機前,采用紙巾擦凈電池表面。講電池以銀子夾緊,正極朝上置入壓片槽。采用1500N/cm-2的壓強壓制電池。壓制五秒鐘即可松開壓片機油閥,取出成品電池。將電池在室溫下貯存12h,以備電池測試。4.2 鋰電池電化學性能測試:(1)電池容量性能測試:電池容量性能的測試一般是在0.1C的倍率下進行充放電循環(huán),合格的磷酸鐵鋰材料在此倍率下的放電容量應該在160mAh/g以上。(2)電池倍率性能測試:電池倍率性能測試一般可在1C、2C、5C、10C、20C的放電倍率下進行,其中2c倍率放電最具
24、參考意義。過高倍率放電(高于20C)的測試無實際意義,一般不進行。合格的磷酸鐵鋰材料,2c倍率下的放電容量應該在140mAh/g以上。(3)電池循環(huán)性能測試:電池循環(huán)性能測試一般看循環(huán)100次后的保留容量與首次放電容量的比值。這個并無具體要求,一般不應低于95%。北京工業(yè)大學薄膜材料實驗室的標準為不低于98%。(4)電池其他性能測試:其他測試在實驗室中不常用,一般用于工業(yè)。包括電池的低溫放電性能、高溫放電性能、長時間過充測試、針刺測試、擠壓測試、高壓充電測試等很多種。4.3測試與表征(1)電池容量:電池容量的單位是毫安時每克(英文簡稱mAh/g),工業(yè)上叫做克容量。物理意義是:每克電池活性材料
25、中所含電量的mAh數(shù)。mAh具體物理意義為:以1mA的電流持續(xù)穩(wěn)定一小時,電路中流過的電量。毫安時是電量的單位之一,相當于3.6庫倫。電池在放電電流越小,電池放電過程中的極化現(xiàn)象越微弱,越容易達到理論容量值。因此,測試電池的容量性能時,應該將電流適當?shù)恼{(diào)小。(2)電池的循環(huán)性能主要由三個指標衡量:循環(huán)次數(shù)、首次放電容量、保留容量。電池連續(xù)重復進行多次的充電放電的行為稱為循環(huán)充放電,電池循環(huán)充放電的次數(shù)稱為循環(huán)次數(shù);電池的放電容量是指電池在完全充滿電之后,可以放出的電量。電池進行第一次充電放電測試時,電池獲得的放電容量稱為首次放電容量;保留容量是指電池完成一定次數(shù)的循環(huán)充放電之后,電池依舊保持的
26、的放電容量。一般至少循環(huán)一百次之后,得到的循環(huán)性能的數(shù)據(jù)才有說服力。循環(huán)次數(shù)相同的情況下,保留容量與首次放電容量的比值越大,電池的循環(huán)性能就越好。(3)倍率性能的單位與參數(shù)電池倍率性能的單位是充電/放電倍率(也有論文稱作充電/放電比率),英文簡稱為Co無論充電還是放電,倍率性能的衡量指標都是Co測電池倍率性能時,常常會提到nC倍率充電/放電。n是指在一小時內(nèi)完成充電/放電的次數(shù),其倒數(shù)便是完成一次充電/放電的小時數(shù)。通常情況下,鋰離子電池都無法達到理論容量。所以,無論進行多大倍率的充電和放電,所耗的實際時間,都比理論時間要短。5論文的研究目的意義與內(nèi)容鋰離子電池具有電壓高(一般鋰離子電池的工作
27、電壓在3.6V左右)、體積小、質(zhì)量輕、比能量高、無記憶效應、無污染、自放電小(自放電率小于10%)、壽命長等優(yōu)點。負極材料是提高鋰離子電池可逆容量與循環(huán)壽命的關鍵因素之一,實用化研究工作基本上圍繞著如何提高質(zhì)量比容量與體積比容量、首次充放電效率、循環(huán)性能。最常用的碳類負極材料雖然在充放電過程中體積變化很小,具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能,而且其本身是離子與電子的混合導體,但因其容量較低而不能滿足需求。對于容量較高的合金材料,限制其應用的最主要問題是在插鋰時合金會產(chǎn)生巨大的體積膨脹,造成電極粉化甚至脫落,電接觸變差而失效,循環(huán)性能不好。將金屬制備成納米顆粒,由于小顆粒材料在嵌脫鋰過程中的絕對體積變化較小
28、,可以部分地解決循環(huán)過程中容量下降的問題;但是由于其具有極大的比表面積,表面能較大,在電化學循環(huán)過程中特別容易發(fā)生團聚,尤其在插鋰時,體積膨脹會加劇納米材料的團聚長大,同時造成材料的容量下降,采用復合結(jié)構的材料是目前克服上述問題的有效方法。而靜電紡絲法是一種不同于傳統(tǒng)紡絲法的方法,其具有以下的優(yōu)點:可以制得直徑在納米到微米級之間的超細纖維,比普通的紡絲方法紡出的絲小1至2個數(shù)量級;Si/C基合金負極材料是目前最受重視的鋰離子電池材料,具有以下優(yōu)勢:硅作為負極理論比容量約994mAhg-1同時由于堆積密度大,體積比容量高,可以解決金屬鋰的沉積問題;并且有較大的長徑比和比表面積;只需要很少的原料,
29、并可進行連續(xù)化生產(chǎn)。所以本實驗選擇由靜電紡絲工藝以及后續(xù)的預氧化、碳化等工藝制成碳納米纖維材料與納米錫顆粒組成復合材料。在本研究中,將利用采用靜電紡絲法這一新穎獨特的工藝合成出一種硅/碳納米纖維復合電極材料,有效地協(xié)同兩者的電化學性能,提高電池的比容量,首次充放電效率和循環(huán)性能,并初步探討了碳化溫度對于材料電化學性能的影響。由于結(jié)合了硅材料高比容量和碳材料循環(huán)穩(wěn)定性的優(yōu)勢,有可能成為規(guī)?;a(chǎn)的新一代負極材料。6主要參考文獻1 .Y.Zhao,J.Li,Y.Ding,L.Guan,Chem.Commun,2011,47:74162 .GwonH;KimHS;LeeKU;SeoDH;ParkYC
30、;LeeYS;AhnBT;KangK,Flexibleenergystoragedevicesbasedongraphenepaper,Energy&EnvironmentalScience,2011,4:1277-1283.3 ZhaoX;HaynerCM;KungMC;KungHH,FlexibleHoleyGraphenePaperElectrodeswithEnhancedRateCapabilityforEnergyStorageApplications,AcsNano,2011,5:8739-8749.4 ChoiJYetal,SiliconNanofibrilsonaFl
31、exibleCurrentCollectorforBendableLithium-IonBatteryAnodes,AdvancedMaterials,2012,DOI:10.1002/adfm.201202458.5LiuB;ZhangJ;WangXF;ChenG;ChenD;ZhouCW;ShenGZ,Hierarchical.Three-DimensiorialZ11C02O4NanowireArrays/CarbonCloihAnodesforaNovelClassofHigh-PerformanceFlexibleLithium-IonBatteries,NanoLetters,20
32、12,12:3005-3011.6 U.Bach,D.Lupo,P.Comte,J.E.Moser,F.Weissortel,J.Salbeck,H.SpreitzerandM.Gratzel.Solid-statedye-sensitizedmesoporousTi02solarcellswithhighphoton-to-electronconversionefficiencies.Nature1998,583-585.7 .ShimJP;StriebelKA,Thedependenceofnaturalgraphiteanodeperformanceonelectrodedensity,J.PowerSources2004,130:191-196.8 .GuojiHuang,ChengyiHou,HighlyStro
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 第1課《人民解放軍百萬大軍橫渡長江》教學設計-2024-2025學年統(tǒng)編版語文八年級上冊
- 2024年中考化學計算題和生產(chǎn)流程題解題技巧教學設計
- 《四、文件的壓縮與解壓縮》教學設計 -2024-2025學年初中信息技術人教版七年級上冊
- 15 我與地壇(教學設計)-2024-2025學年高一語文上學期同步教學教學設計專輯(統(tǒng)編版必修上冊)
- 第三章第二節(jié)金屬材料(第一課時)教學設計 2024-2025學年高一上學期化學人教版(2019)必修第一冊
- 2025至2030年中國氣鼓輥筒式磨光機數(shù)據(jù)監(jiān)測研究報告
- 第1單元 第2課 第二次鴉片戰(zhàn)爭2024-2025學年八年級歷史上冊同步教學設計 河北專版
- 遼寧省丹東市2023-2024學年高三上學期期末考試地理試題(解析版)
- 江西省部分學校2023-2024學年高二上學期期中考試地理試題(解析版)
- 蕁麻疹中醫(yī)護理查房
- 企業(yè)專職消防隊建設標準
- 醫(yī)院科普直播方案
- 高原反應的癥狀和處理方法
- 物業(yè)有限空間作業(yè)應急預案
- 鐵道概論(第八版)佟立本主編
- 中考數(shù)學總復習全套課件
- 2023年6月新高考天津卷英語試題真題及答案解析(精校打印版)
- 粉塵爆炸風險評估記錄-危險源辨識與評價表
- 幼兒園科學課件:《大肚子媽媽》
- 智能農(nóng)業(yè)除草機器人研究現(xiàn)狀與趨勢分析
- 《論文所用框架圖》課件
評論
0/150
提交評論