金屬氧化物-碳復合纖維的制備及電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池是通信、交通和可再生能源方面最主要的能量儲備裝置。由于電極材料約占鋰離子電池成本的70％以上,所以,電極材料的選取對鋰離子電池性能的改善起著決定作用。傳統(tǒng)的石墨負極存在比容量低和充放電過程中鋰離子沉積等安全問題的缺點,因此必須開發(fā)和研制新型的可替代石墨的負極材料,以適應鋰離子電池未來發(fā)展需求。
　　近年來,靜電紡絲技術已被應用于鋰離子電池電極材料的制備,通過靜電紡絲技術可構造出多種結構的纖維。碳材料循環(huán)穩(wěn)定性好,而金屬氧

2、化物具有較高的理論容量和能量密度。因此,采用靜電紡絲技術,將碳材料和金屬氧化物的優(yōu)點相結合的金屬氧化物/碳復合纖維將會是一類富有潛力的鋰離子電池負極材料。本論文主要研究內容:
　　1.采用靜電紡絲方法并結合后續(xù)熱處理制備出具有多孔結構CoFe2O4/C復合纖維。TEM顯示CoFe2O4納米顆粒的粒徑約為42nm。在0.1C倍率下,首次放電容量達到1827mAh·g-1;經過100次循環(huán)后,放電容量穩(wěn)定在1100mAh·g-1,為第

3、二次放電容量的82%。EIS測試表明CoFe2O4/C復合纖維的導電性也同樣優(yōu)于相同條件下得到的CoFe2O4纖維。
　　2.將電化學惰性的鈷換成能與鋰發(fā)生合金化反應的鋅,制備出ZnFe2O4/C復合纖維。在0.1C倍率下,首次放電容量達到1343mAh·g-1;經過100次循環(huán)后,充電容量穩(wěn)定在702mAh·g-1,充放電效率高達96.7%。此外,ZnFe2O4/C復合纖維還表現(xiàn)了優(yōu)異的速率性能,在0.1C、0.2C、0.5C、

4、1.0C和2.0C的充放電倍率下,平均放電容量分別為750mAh·g-1、650mAh·g-1,580mAh·g-1,520mAh·g-1和450mAh·g-1。
　　3.采用靜電紡絲方法,結合碳化處理,制備了ZnV2O6/C復合纖維。通過優(yōu)化溫度,得出700℃煅燒的ZnV2O6/C復合纖維電化學性能最佳。該溫度下的ZnV2O6/C復合纖維表現(xiàn)了突出的大功率充放電性能:電流密度為5000mA·g-1時,充放電循環(huán)500次后,平均放