论文部分内容阅读
由电纺制备的聚丙烯腈(PAN)纤维具有纳米级直径，经过热处理后可得纳米级碳纤维。化学气相沉积(CVD)由于具有操作简单、成本低廉及参数可控等优势，普遍用于制备碳纳米管(CNTs)。某些过渡金属及其氧化物具有较高的比电容，是超级电容器的理想电极材料。通过与CNTs或者过渡金属复合，可拓展碳纤维基体在锂离子电池及超级电容器方面的应用。
本文利用电纺方法制备PAN纤维膜，并对其进行预氧化及碳化，研究不同预氧化温度及时间对PAN结构转变的影响。通过红外光谱、拉曼光谱及X射线衍射(XRD)表征，得到制备PAN基碳纤维的最佳热处理条件，即预氧化条件为300℃、1.5h，碳化条件为1000℃、0.5h。
使用CVD法在碳纤维表面生长CNTs，研究了不同条件对于CNTs生长的影响。当催化剂浓度为0.025g/mL、温度为850℃、时间为40min时，CNTs能在碳纤维表面均匀连续生长。热失重分析表明，所得到的碳纤维/CNTs复合材料中CNTs的含量为7.41wt％。循环伏安(CV)结果显示，碳纤维的比电容(SC)为0.034F/g，而在不考虑碳纤维基体对电容的贡献的情况下，CNTs的SC为1.22F/g，为碳纤维基体的40倍。使用碳纤维/CNTs作为负极材料制备锂离子电池，并测试其充放电性能。结果显示，在放电速率为20mA/g的情况下，碳纤维/CNTs膜作为电极材料第一次循环的放电容量为580mAh/g，第二次循环的放电容量为300mAh/g，而后维持了相对较平稳的水平。
通过将PAN与二月桂酸二丁基锡(DBTDL)共纺及将DBTDL吸附于碳纤维表面，经过热处理，制备包埋Sn纳米粒子及表面吸附的碳纤维基体复合材料，并测试其电化学性质。Sn纳米粒子包埋的碳纤维复合材料由于Sn纳米粒子与电解液无法接触，导致所得Sn纳米粒子的加入对于复合材料的电化学性能几乎无影响。而Sn纳米粒子表面吸附的碳纤维复合材料则具有极高的比电容及循环稳定性。依据CV曲线，在扫描速率为20mV/s时，碳纤维/Sn复合材料的SC是碳纤维基体的777倍，达到了69.96F/g。