sn基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究

《sn基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士专业学位论文ProfessionalMaster’sThesis中文论文题目：Sn基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究英文论文题目：PreparationandenergystoragepropertiesofSn-basedcarbonnanofibercomposites专业学位类别：工程硕士专业学位领域：轻工技术与工程作者姓名：沈桢指导教师：胡毅完成日期：2017年3月13日浙江理工大学硕士学位论文Sn基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究摘

2、要新型功能纤维的开发及推广应用，开拓出染整功能研究领域的新空间，使染整工艺技术不再局限于日常服用功能。随着消费类锂离子电池的不断推陈出新，染整功能整理技术应用于储能功能纤维的制备设计正迎合了市场需求。据此，本文以染整工艺技术拓展新思路为引导，以纺织纤维能量转化与储存应用为切入点，结合锡（Sn）基材料的储能特性和纳米碳纤维（CNFs）的高导电性，赋予Sn基复合纳米碳纤维储能功能。针对Sn基材料体积效应，通过内部改性及外部保护两种方式，分别对Sn基复合纳米碳纤维的成分、形貌和结构进行设计，以提高循环性能。通过分析

3、不同方法制备的Sn基复合纳米碳纤维成分、结构和储能功能之间的关系，探讨其储能机理。第一章首先介绍了锂离子电池的研究背景及工作原理，而后简要阐述了负极材料类型及特点，随后着重论述了Sn基负极材料的研究现状和存在的问题，据此提出了本文的研究意义及工作内容。在第二章工作中，利用Sn盐作为单质Sn前驱体，与PAN共混纺丝-碳化，制得Sn基复合多孔纳米碳纤维（Sn-PCNFs）。金属Sn以无定形态超均匀分散于CNFs中，部分溢出团聚成Sn基大颗粒裸露于CNFs表面。结果表明，Sn-PCNFs‒1‒1在0.8Ag大电流密

4、度下循环200次，能保持774mAhg的高比容量；由于裸露的Sn基大颗粒易在充放电过程中破碎脱落而失去活性，因此Sn-PCNFs的循环寿命及稳定性有待提高。在第三章工作中，以利用第二章裸露的Sn基大颗粒为出发点，利用Sn和Cu的前驱体与PAN发生络合反应高度分散Sn‒Cu前驱体，采用碳化-合金化一步法制得Sn‒Cu合金与CNFs基体（Sn‒Cu‒CNFs），控制温度为700ºC可使惰性Cu3Sn和活性Cu6Sn5共存于Sn基大颗粒中，显著提升Sn基复合纳米碳纤维‒1的循环性能。结果表明，Sn‒Cu‒CNFs在

5、1.0Ag大电流密度下，可循环1200‒1次，比容量保持400mAhg，库伦效率为99%；对比Sn-PCNFs，循环寿命大幅提升。在第四章工作中，以保护第二章裸露的Sn基大颗粒为思路，以廉价的蔗糖为碳源，采用低温水热法进行碳包覆保护，制得碳包覆Sn基复合纳米碳纤维（Sn‒I浙江理工大学硕士学位论文Sn基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究SnO2‒CNF@C），控制蔗糖浓度可获得均匀包覆的碳层结构。电化学测试结果表‒1明，Sn‒SnO2‒CNF@C2在电流密度为0.8Ag下循环200次，容量保持712.2mA‒

6、1hg；对比Sn-PCNFs，Sn‒SnO2‒CNF@C2具有更好的循环稳定性和倍率性能。在第五章工作中，首次利用准分子紫外光辐照技术微氧化改性纳米碳纤维（UV20-CNFs）和Sn基纳米碳纤维（UV20-Sn-CNFs），使纤维表面产生含氧官能团，不仅有利于提高反应动力学，而且使循环过程中形成的固体电解质界面（SEI）膜稳定锚固在纤维上，提高循环稳定性；同时在纤维表面形成多孔结构，‒1增加物理储锂量。结果表明，UV20-Sn-CNFs在0.5Ag的电流密度下循环200‒1‒1次，放电比容量为733mAhg，

7、库伦效率达99%；UV20-CNFs在2.0Ag的大‒1电流密度下，循环次数可达1000次，且比容量保持300mAhg，库伦效率为98%；准分子紫外光微氧化技术简单易行，具有潜在商业前景。最后，在第六章中，系统总结了本论文的研究结果，指出研究工作中存在的不足，并提出未来的发展方向及建议。关键词：Sn基纳米碳纤维；储能功能；锂离子电池；负极材料；电化学性能II浙江理工大学硕士学位论文Sn基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究AbstractThedevelopmentandapplicationofnewfunc

8、tionalfibersopenedupanewresearchfieldofdyeingandfinishing.Withthecontinuousdevelopmentofconsumerlithium-ionbatteries,dyeingandfinishingtechnologiesusedinthepreparationofenergystoragefunctionalfibersare