详细介绍: 自从sP2碳材料用于作为商业锂离子电池阳极材料(解决安全问题)以来,研究人员研究了不同类型的碳结构,目的是为了改善电池的比能量和功率密度。锂离子电池的电容和循环性能显著依赖于碳结构。不同的碳结构,锂离子的嵌入和脱嵌机理相差较大。最近,要求开发大功率的锂离子电池,以满足在更轻的、便携式的电子器件以及混合动力汽车中应用的需求日益增长。因此,大量的研究集中于利用纳米级碳材料作为储存锂离子的希望材料。
因为,它们作为活性材料,可以增加电容量,而且,作为阳极的添加剂,可以改善循环特性;但是,它们内在的问题仍需要进一步解决,例如,能够得到的有限量以及存在金属杂质。
应我们利用静电纺碳纳米纤维作为锂离子电池阳极材料的最好的碳材料,特别是要求具有高电流的场合。铝板网是一种先进的纤维成形技术,即依靠静电力从聚合物溶液挤出形成纤维。静电纺纤维具有以下几项显著的特性:纳米级尺寸(可以小到20BE)、表面积大、形成的铝板网较薄。这些性能使得它们适合于制备高性能过滤材料、分子纳米复合材料、组织支架以及双联电容。通过静电纺和热处理工艺合理的结合,我们制备了薄型的、具有韧性和电导性的网片电极。这种电极包含有相互连接的纳米纤维(尺寸范围为200~300cm)。
我们利用不同的分析技术表征了它们的微观结构,并且评价了作为锂离子电池阳极材料的热处理碳网的电化学性能。从得到的结果,我们可以想象,这种热处理纳米铝板网是作为制备薄聚合物锂电池阳极材料的优秀的候选材料,因为它们提供了较短的锂离子扩散通道(由于纤维所具有的纳米级尺寸),这将能够大幅改善额定容量。
结果和讨论聚丙烯腈(PAN),二甲基甲酰胺(DMF)溶液可以利用我们自制的静电纺装置很容易制备出白色的纳米铝板网。我们选择PAN的原因是PAN被广泛用来作为传统碳纤维原丝。将PAN纳米纤维转变成碳纳米纤维涉及到预氧化和碳化两个过程。静电纺纳米纤维在空气中的稳定化过程(于约280oC控制循环气流条件下,停留1h)伴随着颜色的变化,从而可以获得黑色的碳纳米网片。这种网具有较高的碳得率(40%~50%)。氧化稳定化过程可以认为是赋予静电纺有机纤维以热固性性能的一个过程,包括在多段时间和温度范围内的氧吸收和复杂的物理化学反应。因此,原丝的可及表面积将是化学动力学反应的决定因素。
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