[发明专利]锂电池用C/C同轴纳米纤维复合薄膜负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明设计锂离子电池用C/C同轴纳米纤维复合薄膜负极材料及其制备方法，属于新型储能材料领域。

背景技术

绿色二次电池是一种可循环使用的高效洁净的新能源，是综合缓解能源、资源和环境问题的一种重要的技术途径。近十几年来随着宇航、交通、通讯和信息等产业的迅猛发展，航空航天空间技术、国防军用微电子设备、电动汽车、移动通讯产品以及防灾减灾器械备用电源等高新技术领域对二次电池的比能量密度和循环寿命提出了更高的要求。在众多的二次电池中，如铅酸、镍福、镍氢和锂离子电池等，从环保、比能量、循环寿命、可靠性和成本等方面考虑，绿色二次电池尤其是锂离子电池无疑是一种倍受人们关注的电池。

锂离子电池的优点主要为：容量大，工作电压高；荷电保持能力强，允许工作温度范围宽；循环使用寿命长；安全性高，可安全快速充放电；无环境污染；无记忆效应；体积小、重量轻、比能量高。

离子电池的电化学性能主要取决于正、负电极材料的特性。锂离子电池的负极材料是作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入与脱出。从锂离子电池的发展看，负极材料的研究对锂离子电池的出现及应用都起了决定性作用。碳素材料因具有较高的比容量(石墨材料的理论容量为372mAhg^-1)、优异的导电性和化学稳定性，并且原材料丰富、价格低廉，是迄今为止研究和应用最广的一种锂电池负极材料之一，非石墨化碳材料与石墨有不同的储锂机理，具有较高的比容量，但电压平台较高，存在电位滞后现象，同时循环性能不理想，可逆储锂容量衰减较快。因此，研究将不同形态的碳材料通过特殊工艺复合，使之微观形态可控，将不同形态的碳材料的优点组合，克服非石墨化碳材料容量衰减较快的缺点，提高碳材料的比容量及循环性能。

纳米碳材料家族中，纳米碳纤维近年来一直备受研究者的关注，尤其是通过静电纺丝技术制备金属及其氧化物/纳米碳纤维杂化材料应用于锂离子电池的研究不断取得新的成果。近年来由于静电纺丝技术的成熟以及研究者对纳米复合碳纤维负极材料突出特性的深入认识，已逐渐掀起相应新型功能材料研制和作用机理的研究热潮。Yan Yu等人在利用静电纺丝技术制备出Sn@C中空竹节状的碳纳米纤维及Sn/C多孔碳纳米纤维，两者均具有优异的可逆比容量和循环性能。在充放电电流密度为100mA/g时，前者在经过200次循环后，可逆比容量仍高达737mAh g^-1[Yan Yu，Lin Gu，ChunleiWang，Encapsulationof Sn@carbon Nanoparticles in Bamboo-like Hollow Carbon Nanofibers asan Anode Material in Lithium-Based Batteries.Angew.Chem.2009，：6485-6489]；后者在140次循环后其可逆比容量为648mAh g^-1[32][YanYu，Lin Gu，Changbao Zhu，Tin Nanoparticles Encapsulated in PorousMultichannel Carbon Microtubes：Preparation by Single-NozzleElectrospinning and Application as Anode Material for High-PerformanceLi-Based Batteries.J.AM.CHEM.SOC.2009，131(44)，：15984-15985]。