静电纺丝制备锂离子电池负极用Sn/C纳米复合材料

论文摘要

锂离子电池作为一种高效洁净的新能源,近来受到世界各国的广泛关注。提高锂离子电池性能是新能源领域的研究热点,而负极材料是影响其性能的关键因素之一,研制新型高性能负极材料已成为新材料领域面临的迫切问题,也是实现锂离子电池性能飞跃的前提。锡基材料由于其较高的理论容量（994mAhg-1）,而成为近年来的研究热点之一。但是,锡基材料在充放电过程中存在着较大的体积变化和粉化等问题而成为制约了其广泛应用。因此,制备性能优异的锡基纳米复合材料是本文的主要工作。本论文以四氯化锡作为锡的前驱体,聚丙烯腈作为碳的前驱体,应用静电纺丝工艺经过预氧化、碳化处理,制备出含锡的碳纳米纤维薄膜材料,并研究了碳化时间和碳化温度对材料结构、性能的影响。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）和示差扫描量热法（DSC）等研究结果表明,随着碳化时间的延长和碳化温度的升高,金属锡由无定形态向结晶态转化,同时向纤维表面迁移。X-射线能量分散分析（EDX）和热失重（TG）表征结果显示所制得的复合材料中锡的含量为23.7%。电化学性能测试结果表明,非晶态Sn/C纳米复合材料的储锂性能优于结晶态Sn/C纳米复合材料。无定形Sn/C纳米复合材料的首次库伦效率为73.7%,60次循环后的放电容量为636.4 mAh·g-1。将其进行不同倍率的充放电也能得到很好的电性能,充放电后的材料形貌表征结果显示材料仍然保持完整的纤维结构,XRD结果显示,30次充放电后的材料结晶结构没有受到很大的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池相关介绍
• 1.1.1 锂离子电池的定义、起源及现状
• 1.1.2 锂离子电池的特点及应用前景
• 1.1.3 锂离子电池的工作原理
• 1.1.4 锂离子电池的结构及相关材料简介
• 1.2 锡基锂离子电池负极材料的研究现状
• 1.3 纳米级Sn/C复合材料的主要类型及制备方法介绍
• 1.3.1 碳材料包覆金属或合金型
• 1.3.2 合金外包覆碳材料型
• 1.4 静电纺丝法制备纳米纤维负极材料的研究
• 1.4.1 静电纺丝技术的背景知识
• 1.4.2 静电纺丝过程中的影响因素
• 1.4.3 静电纺丝法制备纳米纤维的研究方向
• 1.4.4 静电纺丝法制备纳米纤维在电池材料方面的研究进展
• 1.5 本课题的目的和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与试剂
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 电池原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 纺丝液的制备
• 2.3.2 静电纺丝
• 2.3.3 预氧化
• 2.3.4 碳化
• 2.3.5 制备电池
• 2.4 表征测试方法
• 2.4.1 纳米纤维的形貌结构表征
• 2.4.2 纳米纤维的晶相结构表征
• 2.4.3 纳米纤维的元素分析
• 2.4.4 样品的电化学性能测试
• 第三章 实验结果与讨论部分
• 3.1 结构表征
• 3.1.1 SEM表征
• 3.1.2 纳米纤维不同处理阶段表面形貌的变化
• 3.1.3 纳米纤维薄膜中Sn的含量测定
• 3.1.4 Sn/C纳米纤维膜的晶型分析
• 3.1.5 850℃碳化1小时得到的Sn/C纳米纤维的内部结构分析
• 3.2 样品电化学性能的表征
• 3.2.1 碳化时间对Sn/C纳米纤维薄膜负极材料的电化学性能的影响
• 3.2.2 850℃碳化1小时后的Sn/C纳米纤维薄膜电极的电性能研究
• 3.3 电化学循环后纤维结构表征
• 3.3.1 循环后的SEM照片
• 3.3.2 循环后的TEM照片
• 3.3.3 循环后的XRD分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书