【摘 要】
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作为一种简单而通用的方法,静电纺丝被广泛应用于生产聚合物、金属、陶瓷及其复合物的纤维材料。这些纤维具有良好的柔韧性,适用于柔性钠离子电池的各个主要组成部分。另一方面,合金型电极材料如Sn、Sb、Bi等具有可逆容量大、反应电位低的特点,是理想的钠电池负极材料。然而,这些合金电极在储钠过程中会出现严重的体积膨胀,从而导致电极结构的破裂和粉化,降低了电极的循环稳定性。针对以上问题,本论文以静电纺丝构筑的
【基金项目】
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国家自然科学基金委面上项目; 江苏省杰出青年基金项目;
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作为一种简单而通用的方法,静电纺丝被广泛应用于生产聚合物、金属、陶瓷及其复合物的纤维材料。这些纤维具有良好的柔韧性,适用于柔性钠离子电池的各个主要组成部分。另一方面,合金型电极材料如Sn、Sb、Bi等具有可逆容量大、反应电位低的特点,是理想的钠电池负极材料。然而,这些合金电极在储钠过程中会出现严重的体积膨胀,从而导致电极结构的破裂和粉化,降低了电极的循环稳定性。针对以上问题,本论文以静电纺丝构筑的柔性合金型负极材料为研究对象,设计并制备了锡碳纳米纤维(Sn/CNFs)和锑铋碳纳米纤维(Sb-Bi/CNFs)薄膜电极,并探讨了它们的电化学储钠性能,为解决合金电极的稳定性问题提供有益的参考。本论文具体的研究内容以及结论如下:(1)采用静电纺丝技术,并结合高温退火处理我们制备了 Sn/CNFs复合柔性电极。一维碳纳米纤维(CNFs)包裹Sn金属纳米颗粒,从而极大缓解了脱/嵌钠过程中Sn的体积变化。基于以上特征,该电极材料表现出优异的电化学性能。当Sn含量约为15%时,Sn/CNFs在0.5 C(1 C=847 mA g-1)的电流密度下循环100圈后可保留308 mAh g-1的容量,为初始容量的78%。(2)考虑到双金属相互间的协同作用,我们用静电纺丝技术合成了 Sb-Bi/CNFs柔性负极。Sb与Bi属于同一主族,可形成任意比例的合金。由于Sb具有较高的容量但是体积膨胀率高,而Bi具有较低的容量但是体积膨胀较小,因此设计Sb-Bi合金则可以调节体系的容量和循环稳定性。研究表明,Sb1.5Bi/CNFs在0.5、1、2、5、10 C的电流密度下,分别可提供274、259、248、238和232 mAh g-1的可逆容量(1C=500 mA g-1)。
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