金属氧化物/碳复合纤维的制备及电化学性能研究

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锂离子电池是通信、交通和可再生能源方面最主要的能量储备装置。由于电极材料约占锂离子电池成本的70%以上,所以,电极材料的选取对锂离子电池性能的改善起着决定作用。传统的石墨负极存在比容量低和充放电过程中锂离子沉积等安全问题的缺点,因此必须开发和研制新型的可替代石墨的负极材料,以适应锂离子电池未来发展需求。近年来,静电纺丝技术已被应用于锂离子电池电极材料的制备,通过静电纺丝技术可构造出多种结构的纤维。碳材料循环稳定性好,而金属氧化物具有较高的理论容量和能量密度。因此,采用静电纺丝技术,将碳材料和金属氧化物的优点相结合的金属氧化物/碳复合纤维将会是一类富有潜力的锂离子电池负极材料。本论文主要研究内容:1.采用静电纺丝方法并结合后续热处理制备出具有多孔结构CoFe2O4/C复合纤维。TEM显示CoFe2O4纳米颗粒的粒径约为42nm。在0.1C倍率下,首次放电容量达到1827mAh·g-1;经过100次循环后,放电容量稳定在1100mAh·g-1,为第二次放电容量的82%。EIS测试表明CoFe2O4/C复合纤维的导电性也同样优于相同条件下得到的CoFe2O4纤维。2.将电化学惰性的钴换成能与锂发生合金化反应的锌,制备出ZnFe2O4/C复合纤维。在0.1C倍率下,首次放电容量达到1343mAh·g-1;经过100次循环后,充电容量稳定在702mAh·g-1,充放电效率高达96.7%。此外,ZnFe2O4/C复合纤维还表现了优异的速率性能,在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2.0C的充放电倍率下,平均放电容量分别为750mAh·g-1、650mAh·g-1,580mAh·g-1,520mAh·g-1和450mAh·g-1。3.采用静电纺丝方法,结合碳化处理,制备了ZnV2O6/C复合纤维。通过优化温度,得出700℃煅烧的ZnV2O6/C复合纤维电化学性能最佳。该温度下的ZnV2O6/C复合纤维表现了突出的大功率充放电性能:电流密度为5000mAh·g-1时,充放电循环500次后,平均放电容量仍可以稳定在800mAh·g-1。初步研究了700℃下的COV2O6/C、MnV2O6/C等复合纤维的电化学性能。
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