锡氧化物-碳化钛-碳纳米纤维复合材料用作锂离子电池负极的研究
由于化石传统能源日益枯竭，诸如电动汽车这样的新能源领域正在方兴未艾发展起来，这就要求锂离子电池在未来具有更高的能量密度。锡及其氧化物因为较高的理论容量而被许多研究者确信为极具潜力的锂电负极材料。当前锡基负极材料的研究目标是克服锡基物质在充放电循环中体积的剧烈变化，改善其结构稳定性，最终实现其循环稳定性和高电流率的倍率性能的提升。本文用静电纺丝的方法将TiC纳米颗粒加入到锡氧化物/多孔碳纳米纤维(SnOx@PCNFs)中，制备SnOx@PCNFs-TiC复合材料。通过SEM、TEM、物理吸附仪、热重分析、X射线衍射、XPS、电化学测试等表征手段来研究其组成、结构与电化学性能性能。 通过改变TiC纳米颗粒加入量的不同，探究TiC纳米颗粒对SnOx@PCNFs的组成、结构以及电化学性能的影响，当TiC加入量为PVP的2.5％所得的SnOx@PCNFs-TiC2.5％在1.0A/g循环1000次的可逆放电容量为457.2mAh/g，是未加入TiC的空白对比样的152.8％，具有最好的电化学性能。可是SnOx@PCNFs-TiC2.5％球状纳米锡析出和TiC纳米颗粒的团聚这两个主要问题，制约了其电化学性能的进一步提升。 为解决球状纳米锡析出，我们采用聚多巴胺包覆的方法，控制包覆浓度，可以将均匀连续的碳层包覆在SnOx@PCNFs-TiC2.5％的表面，得到SnOx/TiC@PCNFs@C复合材料，包覆浓度为1mg/mL时得到的SnOx/TiC@PCNFs@C2性能最好，其1.0A/g循环1000次的比容量为514.3mAh/g，2.0A/g的容量是259.5mAh/g，分别是SnOx@PCNFs-TiC2.5％的112.5％和160.8％。 通过对商业化TiC纳米颗粒进行表面氧化、碱刻蚀最后透析的办法对其进行改性得到TiC-乙醇分散液，进行静电纺丝液配置，TiC纳米颗粒的分散性得到改善，制得的SnOx@PCNFs-TiC T600复合材料在1.0A/g循环1000次的比容量为504mAh/g，2.0A/g下容量是192.0mAh/g，分别是SnOx@PCNFs-TiC2.5％的110.2％和119.0％。 实验结果证明，TiC加入可以促进SnOx@PCNFs中的氧化锡在碳化过程中被多孔碳纳米纤维中的碳还原为Sn，提高复合材料体系的电导率，使材料的循环与倍率性能获得提升。但是过多加入TiC纳米颗粒会发生明显团聚，并且导致大量球状纳米锡析，降低材料的电化学性能。通过聚多巴胺包覆可以解决球状纳米锡析出的问题。通过TiC纳米颗粒改性处理，可一定程度上缓解团聚问题，即使加入少量的TiC也可以明显提高SnOx@PCNFs的电化学性能。
锂离子电池;负极材料;锡氧化物;碳化钛;碳纳米纤维;制备工艺
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
于运花
2018
中文
TM912;TM242:TM205.1
102
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）