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锂离子二次电池在通信通讯、便携式电子设备、电动汽车等许多方面的广泛应用而备受人们的青睐。作为电池重要部分之一的负极材料,传统的碳基负极材料己远远不能满足人们日益增长的需求,在应运而生的许多新材料中,锡基材料由于具有较高的比容量(992mAh·g-1)而得到了学者们的广泛研究。但是,锡基电极在充放电时体积变化大,在循环过程中会造成颗粒团聚,从而使其循环性能欠佳。因此,设计出一种兼具稳定的循环性能和高比容量的新型锡基材料成为了学者们研究的热点。
本研究采用静电纺丝方法制备含锡化合物的PAN纳米纤维膜,通过调控纺丝液组成、配比和碳化温度等过程参数,选取最优的电池组装方式等实现了工艺和性能的优化,制备出一种Sn/CNFs纳米纤维负极材料。这种材料充分发挥纳米锡颗粒和碳纳米纤维的协同性,获得一种结构可控、循环性能稳定且高容量的新型锂离子电池负极材料。纳米纤维的形貌结构、晶相结构、化学组成的变化及电化学性能分别用TEM、FESEM、XRD、FT-IR、EDX以及电化学测试仪器等进行了表征分析。结果得出,不加胶黏剂的负极制备方法可以获得较高的可逆容量;与纯碳纳米纤维和在1000℃碳化的Sn/C纳米负极材料相比较,在700℃和850℃碳化的Sn/C负极材料拥有更高的可逆容量。其中,在850℃碳化的Sn/C纳米纤维膜虽然首次可逆容量较低(993mAh·g-1),但却拥有较高的首次库伦效率(81.7%),在该温度下,直径小于40nm的Sn颗粒分散在碳纤维基体中,还有少部分颗粒附于纤维壁外,并且在30次循环后仍保留有440 mAh·g-1左右的可逆容量。