李 静,乔 辉,魏取福

(江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡 214122)

锂离子电池所用的碳负极材料,主要为石墨类材料和低温热解碳。碳材料在首次充放电时表面会形成钝化膜,造成容量损失;且碳的电极电位与锂的很接近,当电池过充时,金属锂可能在负极表面析出,形成枝晶而引发安全问题,并导致容量降低。纳米材料,如碳纳米管(CNT)、纳米石墨、纳米合金和纳米氧化物等,已成为锂离子电池负极材料的研究重点,并有望取代碳材料用于锂离子电池[1]。

碳纳米纤维(CNF)的直径一般为10～500 nm,是介于CNT和普通碳纤维之间的准一维碳材料,具有较高的结晶取向度、较好的导电和导热性能,可用作超级电容器和锂离子电池的负极材料。L.W.Ji等[2-3]发现:CNF作为锂离子电池负极材料的储锂比容量达566 mAh/g,首次循环的库仑效率为66%,且循环性能较好,第50次循环的可逆比容量仍有435 mAh/g。刘鸿鹏等[4]通过化学气相沉积(CVD)法制备了 CNF,首次嵌锂比容量达533 mAh/g,第25次循环的可逆比容量保持在274 mAh/g。

静电纺丝法的工艺简单、成本低,是目前唯一可制备连续纳米级碳纤维的方法[5]。本文作者采用该方法,先制备聚丙烯腈(PAN)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合纳米纤维,再经预氧化、高温炭化,得到多孔CNF。

1 实验

1.1 PAN/PMMA复合纳米纤维和PAN纳米纤维的制备

配制质量分数为8%的PAN(江苏产,≥99.9%)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF,上海产,AR)溶液,在60℃水浴中磁力搅拌4 h,然后向其中加入PMMA(美国产,≥99.9%),m(PAN)∶m(PMMA)=7∶3,继续在 60℃水浴中磁力搅拌8 h,得到均匀的复合纺丝液。

将上述复合纺丝液倒入带有磨平针头(孔径为0.7 mm)的20 ml针筒中,采用自制的静电纺丝设备,制备PAN/PMMA复合纳米纤维的纤维毡。……