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专利:一种N掺杂多孔碳纳米纤维@二氧化锡锂离子电池负极材料及其制备方法

 
发布日期:2018-08-23
 

易丝帮讯 最近,合肥工业大学张传玲等人涉及发明了一种N掺杂多孔碳纳米纤维@二氧化锡锂离子电池负极材料及其制备方法,专利号为201810125949 .2。首先通过静电纺丝法制备出含ZIF-8的纳米纤维,再在惰性气体保护下经过高温煅烧,制得多孔碳纳米纤维CNF;然后通过水热法在多孔碳纳米纤维CNF的外表面包覆一层SnO2纳米颗粒,获得CNF@SnO2纳米复合材料;最后再在复合材料外面包一层聚吡咯PPy,并对其高温煅烧,即获得用于作为锂离子电池负极材料的N掺杂CNF@SnO2纳米复合材料。该发明为可充放电的锂离子电池负极材料,有效解决了金属SnO2纳米颗粒在电池充放电过程中的稳定性差和导电性能差的问题,改善了电池的循环性能和倍率性能;且该发明的制备方法简单,有望实现大规模生产,因此具有很好的应用前景。

据悉,随着全球经济的增长,能源问题已成为全球性关注的焦点问题。因此,为了解决能源危机和缓解环境污染的压力,寻求可持续的、清洁高效的新能源体系迫在眉睫。由于锂离子电池(LIB)具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等优越性能,因此已被广泛用于便携式电子设备。然而,石墨具有相对低的比容量,并且在高电流速率下循环时,由于极化而面临Li电镀的问题。许多金属和金属氧化物由于其理论容量高、天然丰度高、成本低而被广泛研究作为潜在的高性能电极。例如,SnO2的理论容量高达782mA h g-1,远远高于传统石墨负极(≈370mA h g-1)。因此一般以Sn基材料(如SnO2和Sn)为代表的锂合金负极材料,已被广泛研究。然而,在充放电过程中,这些Sn基阳极经历剧烈的粉碎,具有巨大的体积膨胀和连续形成的固体电解质界面(SEI)层。因此,这些合金阳极通常具有非常有限的循环能力。若要为用于LIB阳极的Sn基材料的商业应用铺平道路,应该仔细处理这些问题以实现改善的循环性能。

因此,改善这些SnO2材料的循环性能及其过程中体积膨胀问题,对于其作为锂离子电池负极材料具有很大的指导意义。该发明为避免上述现有技术所存在的不足之处,提供了一种N掺杂多孔碳纳米纤维@二氧化锡锂离子电池负极材料及其制备方法,旨在解决二氧化锡的稳定性和在电池充放电过程中的体积膨胀问题,改善了电池的循环性能和倍率性能、提高电池稳定性。


图1 ZIF-8/聚丙烯腈纳米纤维在不同放大倍数下的扫描电镜图片。


图2 多孔碳纳米纤维CNF在不同放大倍数下的扫描电镜图片。


图3 多孔碳纳米纤维CNF在不同放大倍数下的透射电镜图片。


图4 CNF@SnO2纳米复合材料在不同放大倍数下的扫描电镜图片。


图5 CNF@SnO2纳米复合材料在不同放大倍数下的透射电镜图片。


图6 CNF@SnO2@PPy纳米复合材料在不同放大倍数下的扫描电镜图片。


图7N掺杂CNF@SnO2纳米复合材料在不同放大倍数下的透射电镜图片。


图8 负极材料N掺杂CNF@SnO2纳米复合材料在锂离子电池中的循环性能图。

与已有技术相比,该发明的有益效果体现在:

该发明为可充放电的锂离子电池负极材料,在该发明中,有效的解决了SnO2材料作为负极材料在多次充放电过程中体积膨胀的问题,同时有效的避免了SEI膜的不断连续生成,提高了材料的循环性能及稳定性;而且该发明的制备方法较简单、操作方便,易于实现大规模生产。

附:专利信息

申请号 201810125949 .2
       申请日 2018 .02 .08
       申请人 合肥工业大学
       发明人 张传玲 李昊 刘江涛 姜志浩 卢兵荣
       Int .Cl .
       H01M 4/36( 2006 .01 )
       H01M 4/485( 2010 .01 )

 
 
 

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