镍纤维管改善锂硫电池性能

为了改善锂硫电池的比容量和循环稳定性等电化学性能,以聚丙烯腈纤维为基体,采用无钯活化化学镀法在其表面镀一层镍,制备得到复合纤维.通过热处理去除复合纤维中的聚丙烯腈,得到氧化镍中空纤维,然后在氢等离子体气氛中对氧化镍中空纤维进行还原制备中空镍纤维管,并以它作为锂硫电池正极材料活性物质的承载体,制备含镍纤维管的硫电极来改善锂硫电池的电化学性能.采用扫描电子显微镜和X射线能谱仪表征镍纤维管的表面形貌和成分,结果表明:所制备的纤维管主要是镍,但含有少量的磷,可能是镀液中次磷酸盐中的磷元素被还原,且管径为10～15μm,管壁厚度均匀,约0.7μm.采用恒流充放电和交流阻抗谱对含镍纤维管硫电极的电化学性能进行表征,结果表明:添加镍的纤维管能够增强锂硫电池的电化学性能,在充放电电流密度为每平方厘米0.2mA的条件下,镍纤维管增强硫电极的首次放电比容量为941.6mAh/g,20次循环后的放电比容量仍保持在593.3mAh/g,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性.

碳纳米纤维/镍管复合材料的制备

采用化学镀法在化学纤维布表面覆盖均匀镍层,通过热处理去除基体后获得中空镍纤维管;将其置于化学气相沉积装置中,通过调整合适的氢气和甲烷流量比及气压条件制备了以中空微米镍纤维管为主体结构、碳纳米纤维(CNF)以及金属管体结构为存储介质的碳纳米纤维/镍管复合纤维材料.运用扫描电子显微镜(SEM)分析中空镍纤维及复合纤维管表面形貌,X射线衍射(XRD)对复合纤维管晶相组成进行表征.结果表明,利用模版法制备出的中空镍纤维管孔径在10μm左右,管壁厚约0.5μm;化学气相沉积制备过程中,当微波功率500W,氢气和甲烷流量比100∶6,气压4.0kPa,沉积时间5min时,复合纤维管外壁和端口内壁均匀沉积长径比较大且直径均匀分布的碳纳米纤维,碳纤维直径约50nm;复合纤维成分为碳纳米纤维、镍和三镍化磷合金相,其中碳纳米纤维表现为石墨相.表面覆盖有碳纳米纤维的镍管复合材料,增加了材料自身的吸附存储和导电性能,可应用于多相催化、电容存储和电极材料等领域.

硫/碳纤维复合膜的制备及电化学性能

采用热丝化学气相沉积法先在铁箔上沉积了致密的碳纤维膜,后通过加热渗硫法制得硫/碳纤维复合膜,并将其用作锂硫电池正极材料。通过扫描电子显微镜和X射线衍射表征膜的形貌和结构,采用恒流充放电法和阻抗测量法测试复合膜的电化学性能。结果表明,随热丝与铁箔基底间距减小,碳纤维膜致密度先升高后降低;随H2与(Ar+C3H6O)的体积流量比减小,碳纤维膜致密度升高。当丝基距为6 mm,流量比为30/40时,铁箔上沉积了厚度为50μm的致密碳纤维膜,其中碳纤维有良好的垂直取向性和较高结晶度。在硫/碳纤维复合膜正极中,密集的碳纤维形成均匀分布且垂直取向性良好的导电骨架,当电流密度为0.4 mA.cm-2时,硫/碳纤维复合膜正极的初次放电比容量为1 128 mAh.g-1,50次循环后的放电比容量为811 mAh.g-1。