靜電紡絲3D Si/C複合負極材料

摘要：儘管硅負極材料的理論容量是石墨的十倍，但是全電池中硅負極仍然存在硅負載量比較低，金屬集流體比較重的缺點，因此一種新型的由靜電紡絲（通過紡PAN和硅納米顆粒）製造的3D-纖維膜 Si/C電極被報道出來。這種聯合技術，能夠將硅納米顆粒一致的合併在碳的矩陣中，形成納米硅和炭結合的一種新型的複合材料。這種流動性的3D Si/C 纖維紙質電極具有非常高的理論容量，可以達到1600mah/g，循環600圈後容量衰減率只有百分0.079，同時具有非常好的倍率性能，這種材料額外的表現是具有回彈性和良好的導電性，Si/C在纖維孔架中能夠均勻分布。這種新型的合成方法合成的材料具有良好的機械性能，傑出的電化學表現，並且大大提高了Si在電極中的負載量。

引言：鋰離子電池成為最重要的儲存能源的工具之一，廣泛應用在攜帶型電子設備中，成為插電式混合動力汽車，柔性電極和太空能源儲備中具有重大意義的工具。得到了廣泛的應用。

實驗部分：

1.配製溶液：配製靜電紡絲的前驅體溶液，PAN溶解在DMF中，PAN質量分數為6%。

0.16g的單晶Si（粒徑

2.PAN溶液和SI/PAN溶液被分別加入到兩個不同的注射器中，分別被兩個泵驅動前行。兩種不同尺寸的束流通過靜電紡絲噴射在集流體上，兩個不同的注射器分別距離滾筒的尺寸為15cm/10cm，在相同的工作電壓下17KV下進行噴射，注射速度在0.4ml/h。實際測量是0.5ml/h，電壓，集流體與針尖的距離，注射速度都是影響Si/C 纖維膜3D結構非常重要的因素。

3．通過靜電紡絲製作的3DSi/C 纖維膜碳化，第一次碳化升溫速率在1℃/min，氣氛為空氣。穩定在250℃。第二次在氬氣氣氛里恆溫700℃，3h。升溫速率為5℃/min。

最終合成了三種不同面密度的纖維膜，0.8 g/厚為14um，1.3 g/厚為23um， 1.7g/厚為30um。

材料表徵：

形貌表徵：

通過圖a圖b可以看到，合成的纖維膜柔韌性非常好，圖c圖d圖e圖f是電鏡圖片，可以看到硅納米顆粒均勻的分布在合成的3D Si/C纖維膜里。

圖a是循環100圈後的3D Si/C纖維膜，圖b是電鏡下的循環100圈後的3D Si/C纖維膜。通過形貌觀察，可以看到循環100圈後，形貌基本保持不變，實現了良好的結構支撐。

電化學表徵：組裝扣式電池C2032,5mm直徑的3D纖維膜直接作為負極材料，正極為鋰片。電解液為1M LiPF6 FEC:DMC 1：1體積比，

傳統的Si/C粉末材料塗布比8:1;1,塗布在銅箔上，組裝扣式電池。

通過圖中數據，可以看到合成的3D Si/C纖維膜比傳統的硅負極材料，循環性能好，容量高，容量保持率穩定，性能遠遠優於傳統的材料。

通過圖中數據，可以看到合成的3D Si/C纖維膜具有良好的倍率性能。

結論：通過靜電紡絲，合成一種非常好的3D Si/C纖維膜，實現了高負載質量的合成負極材料，面密度可以達到1.2mg,全電池容量可以達到1600mah/g。這種3D結構的硅負極材料在循環100圈後能夠保持良好的結構。具有非常好的電化學性能，靜電紡絲可以成為製備硅負極材料一種非常好的技術。通過靜電紡絲合成的材料，具有良好的柔韌性，良好的3D結構。

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