靜電紡絲制備SnO2-C復(fù)合納米纖維及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為鋰離子電池負(fù)極材料，碳材料具有良好循環(huán)穩(wěn)定性和安全性，但是相對(duì)于其它負(fù)極材料而言，碳材料的容量較低，不足以滿足日益更新的電子產(chǎn)品和其他便攜式器件的要求。SnO2是一種極具潛力的鋰離子電池負(fù)極材料，它具有很高的理論充放電容量（781 mAh/g），但是在充放電過(guò)程中巨大的體積膨脹使其循環(huán)穩(wěn)定性變差。本文結(jié)合碳材料循環(huán)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)和SnO2高容量的特點(diǎn)，采用靜電紡絲工藝技術(shù)成功制備出了直徑分布均一、纖維形貌連續(xù)的SnO2/C納米復(fù)合纖維，

2、將其作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)該材料表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。
　　通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行靜電紡絲制備聚丙烯腈(PAN)納米纖維，以纖維直徑大小為指標(biāo)，通過(guò)控制紡絲溶液濃度、紡絲電壓、溶液擠出速度和接收距離進(jìn)行最優(yōu)紡絲參數(shù)探索。掃描電鏡(SEM)表征、纖維直徑分布以及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到，在本文中靜電紡絲制備PAN納米纖維的最佳工藝參數(shù)為:PAN/DMF溶液濃度為12 wt％、擠出速度為1mL/h、紡絲電壓為20

3、 kV、接收距離為15 cm。
　　本文在最佳紡絲條件下，靜電紡絲制備了SnCl4/PAN纖維，經(jīng)280℃預(yù)氧化4小時(shí)以及氬氣環(huán)境下高溫碳化4小時(shí)，得到SnO2/C復(fù)合納米纖維。通過(guò)SEM、XRD、XPS、SEAD、面掃描EDS對(duì)樣品進(jìn)行了表征，測(cè)試結(jié)果顯示，700℃碳化所得復(fù)合纖維中SnO2為無(wú)定形結(jié)構(gòu)，在纖維中呈均勻彌散分布。而當(dāng)碳化溫度升到800℃和900℃時(shí)，復(fù)合纖維變細(xì)，并且在纖維表面明顯出現(xiàn)顆粒的析出與附著，SnO2由

4、無(wú)定形相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较嗑w，在恒流充放電過(guò)程中由于顆粒的體積變化而造成粉化、剝離，從而導(dǎo)致容量衰減。
　　循環(huán)伏安法、恒流充放電和交流阻抗圖譜等電化學(xué)分析測(cè)試結(jié)果表明，700℃碳化所得的無(wú)定形SnO2/C復(fù)合納米纖維相較于其它溫度碳化所得纖維具有更好的電化學(xué)性能。首次充放電比容量達(dá)到1098.3 mAh/g，首次庫(kù)倫效率為64.4％，在經(jīng)過(guò)100次恒流充放電測(cè)試后，比容量仍然保持在380.4 mAh/g。交流阻抗測(cè)試表明，700℃碳