基于碳納米纖維的復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、合成及性能研究.pdf

1、近年來，鋰離子電池已經(jīng)在家用電子產(chǎn)品市場占據(jù)了主導(dǎo)地位，這是因?yàn)殇囯x子電池相較于傳統(tǒng)的商用電池具有更高的能量密度、更低的制造成本并且綠色無污染。但是隨著鋰離子電池的應(yīng)用擴(kuò)展到電動汽車以及大規(guī)模儲能領(lǐng)域，當(dāng)前商用的鋰離子電池也無法滿足實(shí)際需求，限制了這些領(lǐng)域的發(fā)展速度。由于電池的能量密度很大程度上是由電極材料的性能所決定的，研究并發(fā)展高效穩(wěn)定的鋰離子電池電極材料是應(yīng)對當(dāng)前日益緊迫的能源與環(huán)境問題的重要手段。
　　本文將著重研究基于一

2、維含碳納米纖維的復(fù)合材料，探索研究了復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、合成及其在二次電池領(lǐng)域的性能。利用不同的合成方法將碳納米纖維與其它材料復(fù)合，成功的將復(fù)合材料中兩種組分的結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)勢相結(jié)合，并引發(fā)了一種協(xié)同效應(yīng)，使得復(fù)合材料的電化學(xué)性能相比于任何單一組分都更加優(yōu)秀。論文取得的主要研究成果總結(jié)如下:
　　1、發(fā)展了一種簡單的溶劑熱方法并成功制備了CNFs@MoS2的納米電纜纖維狀結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合纖維在被用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，展現(xiàn)出了協(xié)同效應(yīng)以

3、及一種新的儲鋰電化學(xué)過程。伴隨著充電過程中不斷產(chǎn)生的高活性和高穩(wěn)定性的三硫化鉬，復(fù)合材料的比容量在最初幾十圈內(nèi)隨著循環(huán)不斷上升。而納米纖維結(jié)構(gòu)所構(gòu)筑一種多層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升了電極的動力學(xué)以及循環(huán)穩(wěn)定性。CNFs@MoS2復(fù)合電極展現(xiàn)出了極佳的儲鋰性能，具有高比容量(首圈放電比容量可達(dá)1489mAh/g)，循環(huán)穩(wěn)定(50次充放電循環(huán)后依然有1264 mAh/g)，極佳的倍率性能(5 A/g的電流密度下，860mAh/g)，這些優(yōu)勢使得這

4、種復(fù)合材料可以一種理想的高能量密度電極材料才制備下一代鋰離子電池。CNFs@MoS2展現(xiàn)出的協(xié)同效應(yīng)也有可能被應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，提升鋰-硫或鋰-氧電池性能提供了思路。
　　2、利用簡單的水解反應(yīng)和高溫退火的方法，成功制備了碳化鈦-碳納米纖維復(fù)合電極結(jié)構(gòu)，并檢測了其在鋰-硫電池中的性能表現(xiàn)。這種復(fù)合材料具有極佳的導(dǎo)電性，多硫化鋰分子的還原動力學(xué)得到改善。并且由于極性的碳化鈦顆粒對多硫化鋰分子具有很強(qiáng)的吸附作用，大大抑制了多硫化鋰的穿

5、梭效應(yīng)，提高了活性物質(zhì)的利用率。因此，硫/碳化鈦-碳納米纖維電極表現(xiàn)出了極佳的循環(huán)性能和倍率性能，是一種極具前途的鋰-硫電池電極材料。這種復(fù)合電極材料的設(shè)計(jì)策略簡單而高效，對于我們未來制備鋰-硫電池或者鋰-空氣電池都具有指導(dǎo)意義。
　　3、發(fā)展了在制備含碳納米纖維的同時(shí)完成二硫化鉬復(fù)合的技術(shù)，利用超細(xì)的Te納米纖維為模板，成功的通過一次水熱反應(yīng)制備了N-CNFs@MoS2的復(fù)合納米材料，并研究了其作為鈉離子電池負(fù)極材料的性能和HE