下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化、1000 °(:氬氣氣氛中煅燒2 h、400 °(:空氣氣氛中煅燒3 h和500 °(:空氣氣氛中煅燒2 h制備的多孔石墨化碳包覆Fe3O4納米纖維的透射電鏡圖。
[0064]圖12為本發(fā)明中圖11中的局部放大圖。通過圖11可以看出制備的多孔石墨化碳包覆鐵氧化物納米纖維的形貌均一，通過圖12可以看出其中有較多的孔隙，直徑為120nm。這表明通過進(jìn)一步的煅燒，纖維的直徑有明顯的減少。
[0065]圖13為本發(fā)明以配比為PAN 10 wt.%，DMF為90 wt.%的靜電紡絲液在上述紡絲條件下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化和1000 °(:氬氣氣氛中煅燒2 h制備的石墨化的碳納米纖維、配比為PAN 10 wt.%，F(xiàn)e (acac)3 3 wt.%，DMF為87 wt.%的靜電紡絲液在上述紡絲條件下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化、1000 °(:氬氣氣氛中煅燒2 h和400 °(:空氣氣氛中煅燒3 h制備的多孔石墨化碳包覆FexOy納米纖維、配比為PAN 10 wt.%,Fe (acac) 3 3 wt.%，DMF為87 wt.%的靜電紡絲液在上述紡絲條件下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化、1000 °(:氬氣氣氛中煅燒2 h、400 °(:空氣氣氛中煅燒3 h和500 °C空氣氣氛中煅燒2 h制備的多孔石墨化碳包覆Fe3O4納米纖維的XRD圖，其橫坐標(biāo)為2倍的衍射角度，縱坐標(biāo)為相對強(qiáng)度。通過圖13可以看出1000 °(:煅燒的碳纖維中有明顯的石墨化的碳的衍射峰，圖中標(biāo)出的衍射峰與六方晶系的石墨一一對應(yīng)。多孔石墨化碳包覆FexOy納米纖維的衍射峰與a -Fe2O3及Fe3O4的標(biāo)準(zhǔn)譜圖--對應(yīng)。多孔石墨化碳包覆Fe 304納米纖維的衍射峰與Fe3O4的標(biāo)準(zhǔn)譜圖一一對應(yīng)，且其衍射峰更強(qiáng)，這表明其晶型更好。
[0066]圖14 為本發(fā)明以配比為 PAN 10 wt.%，F(xiàn)e (acac) 3 3 wt.%，DMF 為 87 wt.% 的靜電紡絲液在上述紡絲條件下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化、1000 °(:氬氣氣氛中煅燒2 h、400 °(:空氣氣氛中煅燒3 h和500 °(:空氣氣氛中煅燒2 h制備的多孔石墨化碳包覆Fe3O4納米纖維組裝的電池在0.5 A g 1電流密度下的循環(huán)性能測試圖。測試結(jié)果顯示多孔石墨化碳包覆Fe3O4納米纖維在第100圈和200圈的放電容量分別為717.2和685.1 mA hg1，這表明其作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的放電容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0067]圖15 為本發(fā)明以配比為 PAN 10 wt.%，F(xiàn)e (acac)3 3 wt.%，DMF 為 87 wt.% 的靜電紡絲液在上述紡絲條件下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化、1000 °C氬氣氣氛中煅燒2 h、400 °(:空氣氣氛中煅燒3 h和500 °(:空氣氣氛中煅燒2 h制備的多孔石墨化碳包覆？6304納米纖維組裝的電池在0.05，0.1，0.2，0.5，1.0和0.1 A g 1電流密度下的循環(huán)性能測試圖。測試結(jié)果顯示多孔石墨化碳包覆Fe3O4納米纖維在0.05，0.1，0.2，0.5和1.0 A區(qū)_1電流密度下第五圈的放電容量分別為1050.6，931.1，857.0，709.0和501.6 mA h g.1，展現(xiàn)了具有放電容量和較好的倍率性能。
[0068]圖16為本發(fā)明以配比為PAN 10 wt.%，DMF為90 wt.%的靜電紡絲液在上述紡絲條件下制備的靜電紡絲物經(jīng)過250 °(:預(yù)氧化、1000 °(:氬氣氣氛中煅燒2 h、400 °C空氣氣氛中煅燒3 h和500 °(:空氣氣氛中煅燒2 h制備的多孔石墨化碳納米纖維組裝的電池在
0.5 A g1電流密度下的循環(huán)性能測試圖。測試結(jié)果表明多孔石墨化碳納米纖維在第100圈的放電容量為236.0 mA h g \遠(yuǎn)低于多孔石墨化碳包覆Fe3O4納米纖維的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多孔石墨化碳包覆四氧化三鐵納米纖維制品的制備方法，其特征在于包括如下步驟: O將聚丙烯腈、乙酰丙酮鐵和N，N-二甲基甲酰胺混合均勻，取得靜電紡絲液； 2 )將靜電紡絲溶液通過靜電紡取得靜電紡絲納米纖維；再將靜電紡絲納米纖維通過織造，取得靜電紡絲納米纖維布； 3)將靜電紡絲納米纖維布預(yù)氧化以固定纖維的形貌； 4)將預(yù)氧化的納米纖維在惰性氣氛中煅燒，將聚丙烯腈轉(zhuǎn)化為石墨化的C; 5)將預(yù)氧化后的制品繼續(xù)在空氣氣氛中煅燒，將鐵的化合物將轉(zhuǎn)化為鐵氧化物，同時(shí)將部分石墨化的碳通過與氧氣反應(yīng)除去，取得多孔石墨化碳包覆鐵氧化物納米纖維制品； 6)將多孔石墨化碳包覆鐵氧化物納米纖維制品在氬氣氣氛中煅燒，取得多孔石墨化碳包覆Fe3O4的納米纖維制品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟I)中，所述聚丙烯腈、乙酰丙酮鐵與N，N-二甲基甲酰胺的混合質(zhì)量比為6?12: I?7: 100，在常溫下磁力攪拌12?48 h03.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟2)中，所述靜電紡中靜電紡絲的電壓為5?20 kV，接收距離為5?20 cm，靜電紡絲針頭的內(nèi)徑為0.2?0.5 mm，靜電紡絲液的推進(jìn)速度為0.2?1.5 mL/h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟3)中，所述預(yù)氧化是在管式爐或馬弗爐中進(jìn)行，將靜電紡絲納米纖維布置于爐管中部，通入空氣，以0.5?2 °C/min的升溫速度，從常溫升至220?260 0C，并維持30?200 min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟4)中，所述的煅燒是在管式爐中進(jìn)行，將預(yù)氧化后的靜電紡絲織物放于石英舟中然后置于爐管中部，通入氬氣，以3?100C /min的升溫速度，從常溫升至800?1200 °C，并維持30?200 min進(jìn)行煅燒。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟5)中，所述的煅燒是在管式爐中進(jìn)行，將預(yù)氧化后的的制品置于石英舟中然后置于爐管中部，通入空氣，以3?6 0C /min的升溫速率，從常溫升至300?450 0C，并維持60?360 min進(jìn)行煅燒。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟6)中，所述的煅燒是在管式爐中進(jìn)行，將多孔石墨化碳包覆鐵氧化物納米纖維制品放于石英舟中然后置于爐管中部，通入氬氣，以3?6 0C /min的升溫速度，從常溫升至400?700 °C，并維持30?300 min進(jìn)行煅燒。8.如權(quán)利要求1所述方法制備的多孔石墨化碳包覆四氧化三鐵納米纖維制品在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于:將多孔石墨化碳包覆Fe3O4的納米纖維制品裁片后干燥，然后作為鋰離子電池負(fù)極材料組裝在扣式電池中。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于所述的鋰離子電池負(fù)極材料的組裝方法為以下三種之一: 1)以0.01 g/mL的聚偏氟乙烯的1-甲基-2-吡咯烷酮的溶液為粘結(jié)劑，將纖維布粘附于銅箔上，然后在真空干燥箱中烘干，制得鋰離子電池電極，所述鋰離子電池電極中聚偏氟乙烯和纖維布的質(zhì)量比為2?15: 100 ； 2)按羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的混合質(zhì)量比為0.5?1:1的比例，將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5?2%的羧甲基纖維素鈉的水溶液與丁苯橡膠混合形成粘結(jié)劑，將纖維布粘附于銅箔上，然后在真空干燥箱烘干，制得鋰離子電池電極，所述鋰離子電池電極中羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠的總質(zhì)量和纖維布的質(zhì)量比為I?15: 100 ； 3)將裁剪好的纖維片烘干稱重后直接進(jìn)行電池的組裝。
【專利摘要】多孔石墨化碳包覆四氧化三鐵納米纖維制品的制備方法及其在鋰離子電池中的應(yīng)用，屬材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，將DMF、Fe(acac)3和PAN混合后通過靜電紡取得納米纖維紡絲物。以預(yù)氧化加固靜電紡絲納米纖維的形貌，并在氬氣氣氛中高溫煅燒將碳材料進(jìn)行石墨化，將煅燒的纖維在空氣中煅燒制備多孔高導(dǎo)電性的石墨化碳，將鐵的化合物轉(zhuǎn)化為鐵氧化物，在氬氣氣氛中煅燒制備多孔石墨化碳包覆四氧化三鐵納米纖維復(fù)合物，經(jīng)扣式電池的組裝，多孔石墨化碳包覆四氧化三鐵納米纖維在0.5Ag-1的電流密度下充放電循環(huán)100和200圈后放電容量分別維持在717.2和685.1mA？h？g-1，展現(xiàn)了較高的充放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01M4/52, H01M4/1391, H01M10/0525, H01M4/62, H01M4/131
【公開號(hào)】CN105098172
【申請?zhí)枴緾N201510550211
【發(fā)明人】刁國旺, 朱守圃, 孫靜, 劉靜雯, 瞿姍姍
【申請人】揚(yáng)州大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月1日