静电纺丝法制备Si_C复合负极材料及其性能表征_屈超群

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锂离子电池硅碳复合负极材料的研究现状

毒无害的小麦衍生碳( Wh) 作为碳源,与硅、石墨进行球磨及
后续热处理,制得 GSiWh 复合材料。石墨具有很高的振实密
度、导电性和机械强度,小麦衍生的无定形碳改善了硅与石
墨之间的物理和电相互作用。在 200 kV 加速电压下的透射
电子显微镜( TEM) 和高角环形暗场像( HAAD) 分析证实,与
相沉积法、溶胶-凝胶法、基质诱导凝固法、热解法、原位聚合
法和喷雾干燥法等。这些技术制备的碳层可以缓冲硅的体
积膨胀,且无定型碳包覆层具有较大的比表面积,能在电极
与电解液之间提供更大的接触面积,加速 Li 的传输
+
Q. Xu 等
[11]
[10]
。
受西瓜形貌的启发,通过喷雾干燥和化学气
相沉积法( CVD) 工艺,合成 Si / C 复合材料。首先,将硅纳米
颗粒( SiNPs) 与聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 、葡萄糖和羧甲基纤
维素( CMC) 水溶液混合,超声波处理 2 h;再与片状石墨球磨
系人;
丰小华(1995-) ,男,山西人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院硕士生,研究方向:化学电源材料;
张林森(1979-) ,男,河南人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院教授,研究方向:化学电源材料;
陈冰(2000-) ,女,河南人,郑州轻工业大学材料与化学工程学院本科生,研究方向:新能源材料与器件。
( School of Material and Chemical Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou,Henan 450002,China )
Abstract: Research progress in preparation method, structural characteristics and lithium storage performance was reviewed for

Si-SiC涂层包覆石墨材料的制备及性能表征

ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｉ－ＳｉＣｃｏａｔｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＪｉａｎｇＹａｎ，ＦｅｎｇＤｏｎｇ，ＹｅＣｈａｏｃｈａｏ，ＷａｎｇＷｅｉ，ＲｕＨｏｎｇｑｉａｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ）
（东北大学材料科学与工程学院，沈阳１１０８１９）
摘要：为了防止石墨材料在高温下的氧化，以ＳｉＣ和酚醛树脂为原料，采用气相渗硅法在石墨表面制备了致密的Ｓｉ－ＳｉＣ涂层．利用ＸＲＤ、ＳＥＭ对涂层的相组成与形貌进行分析，研究了涂层在１５００℃以及１０００℃ 的热循环氧化行为．结果表明：经过气相渗硅后，涂层结构致密，主要由Ｓｉ和ＳｉＣ组成．该涂层具有良好的抗氧化防护能力，在空气条件下１５００℃和１０００℃循环氧化２００ｈ，４６８ｈ后，包覆试样的表面质量增加分别为１６７６ｍｇ／ｃｍ２，０３６ｍｇ／ｃｍ２．关键词：石墨；Ｓｉ－ＳｉＣ涂层；抗氧化性能；显微组织中图分类号：ＴＱ１７４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１６６２０（２０１８）０１００５００６
第１期姜岩等：Ｓｉ－ＳｉＣ涂层包覆石墨材料的制备及性能表征
５１
试样表面用砂纸℃烘箱中干燥２ｈ
后备用．涂层原料主要为ＳｉＣ（纯度为９９％，
ｄ５０＝１０μｍ）和硅块（纯度为９９４％，粒度为５～１０ｍｍ）．采用酚醛树脂（残碳质量占４０％）做碳
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｔｅｃｔｇｒａｐｈｉｔｅｆｒｏｍｏｘｉｄａｔｉｏｎａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｓｉ－ＳｉＣｃｏａｔｉｎｇｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｏｎｇｒａｐｈｉｔｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙｖａｐｏｒｓｉｌｉｃｏｎｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＳｉＣａｎｄｒｅｓｉｎａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ．ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙＸＲＤａｎｄＳＥＭ．Ｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｔｅｓｔｓａｔ１５００℃ ａｎｄ１０００℃ ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＳｉＣ－Ｓｉｃｏａｔｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｉｓｄｅｎｓｅ，ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆＳｉａｎｄＳｉＣａｆｔｅｒｔｈｅｖａｐｏｒｓｉｌｉｃｏｎｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｈａｓｇｏｏｄｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ，ａｆｔｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎａｔ１５００℃ ａｎｄ１０００℃ ｉｎａｉｒ，ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｇａｉｎｓｗｅｒｅ１６７６ｍｇ／ｃｍ２，０３６ｍｇ／ｃｍ２，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｉｔｅ；Ｓｉ－ＳｉＣｃｏａｔｉｎｇ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

创新训练项目结题报告：静电纺丝技术制备高性能锂离子电池负极材料研究

创新训练项目结题汇报
静电纺丝技术制备高性能锂离子电池负极材料研究
答辩人： xxx 指导老师： xxx
目录
课题背景实验部分材料表征及电化学性能测试项目总结
课题背景
碳基材料：
➢ 导电性好 ➢ 稳定性好容量低
金属氧化物
➢ 理论容量高 ➢ 安全性好 ➢ 热稳定性好 ➢ 价格低廉体积膨胀严重导电性差
材料表征
1.样品中铁含量随着铁盐加入量增而大； 2.所有样品中氮含量都比较高； 3. 710.1eV和 723.6 eV对应于Fe2+， 711.5 eV和 725.2 eV对应于Fe3+ ，证明 Fe3O4的形成
图4 样品XPS全谱图PP-1（a）、PP-3（b）、PP-5（c），PP-5样品的C 1s（d）高分辨率图谱
图1 Fe3O4/C纳米复合纤维制备流程图
实验部分
FeCl3 0.5 g PVP
0.5 g PAN
45cm 400 r/min
原丝
10ml DMF
N2 600°2h
2 ℃/min
样品
无水氯化铁盐加入量分别为1 mmol 、3 mmol、5 mmol。（对应样品名：PP-1、PP-3和PP-5）
➢碳纤维网络的有效缓冲
➢电化学性能优异
图11 Fe3O4/C纳米复合纤维的交流阻抗图
➢PP-5阻抗小 ➢电解液更易渗透 ➢锂离子传输距离缩短
项目总结
1、以FeCl3为铁源，PAN和PVP作为前驱体高聚物，通过静电纺丝技术制备Fe3O4/C纳米复合纤维，并将其用作锂离子电池的负极，这种方法简单、高效，可实现规模化生产；
复合材料
课题背景
静电纺丝技术
(+)

静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展

Fig.4 a) Schematic illustration of the setup used for direct fabrication of hollow nanofibers by electrospinning b) TEM image of the asspun hollow nanofibers c) TEM image of hollow nanofibers obtained by calcining the composite nanotubes at 500 in air d) SEM images of uniaxially aligned nanotubes[30]
静电纺丝技术对溶液粘度的要求非常严格所以过去仅被限制于用有机高聚物来制备纳米纤维最近人们发现溶胶-凝胶法配制成的溶液作为前驱体也能很好地满足静电纺丝所要求的粘度因而对无机物进行电纺丝也就成了可能[14] 这一观点已经得到了证实例如 Larsen 等已经成功地对有一定粘度的无机凝胶直接进行静电纺丝制得 TiO2/SiO2 及 Al2O3 纳米纤维[15] Santigano Aciles 等人制备了 PbZrxTi1-xO3(PZT) 纳米纤维[16] Dan Li 和 Younan Xia 成功地制得直径均
静电纺丝技术的工艺过程非常简单但它的工作机理却非常复杂 1999 年以前普遍认为在纺丝过程中由于同种电荷之间的相互排斥导致液体丝分裂从而形成极细的纤维[26] 直到最近有研究人员提出喷丝的变细归因于喷丝的不稳定弯曲[27,28] 图 3a 是一张喷丝过程的照片[28] 可以看出喷丝开始的时候是直的后来变得不稳定即弯曲了还可以看到不稳定区域是由很多条弯曲的喷丝共同组成的然而用相素更高的照相机对喷丝过程进行拍照(图 3b)就会发现原来不稳定区域仅仅包含一条剧烈弯曲的喷丝有时候喷丝过程也存在着分裂现象但不是主导过程由于喷丝过程太快弯曲频率太大因而一般的照相机不能照出真实的照片所以就会给人以分叉的假象

硅碳负极材料的合成与性能表征

摘要Si具有理论容量高、工作电位适宜、储量高等优点，是一种理想的锂离子电池负极材料。

由于Si在锂脱/嵌时会产生显著的体积膨胀，导致电极材料结构崩塌、电池容量急速衰减，从而限制Si材料的规模化应用。

针对以上问题，本文将Si纳米颗粒与碳材料复合制备了Si/C负极材料，在控制充放电过程中体积膨胀效应的同时，进一步提高其电化学循环稳定性能。

本文研究内容和结果如下：（1）通过一步水热法合成了Si/C复合材料（M-Si/C），复合材料中Si颗粒的外层具有结构完整的碳包覆层，碳材料可显著降低Si在体积膨胀条件下的内应力，且避免其与电解液接触，在0.2A·g−1电流密度下循环100次后比容量具有510mAh·g−1，在200次循环后容量保持率在80%以上；（2）通过一步水热法得到Si/C多孔微球复合结构（P-Si/C），其中纳米Si颗粒像石榴籽一样均匀嵌入在碳球中，在0.5A·g−1电流密度下循环100次后比容量仍有530mAh·g−1，容量保持率为79.3%，即使将电流密度提升到1A·g−1，比容量也能稳定在420mAh·g−1；（3）利用滤纸作为碳骨架和葡萄糖的聚合作用制备了具有三维结构的Si/C复合材料（F/G/Si），在0.2A·g−1的电流密度下循环100次后仍然拥有422mAh·g−1放电比容量，并且在0.5A·g−1电流密度下的倍率比容量为400mAh·g−1。

关键词硅碳材料；电化学性能；微观结构；倍率性能；比容量AbstractSi, with advantages of high theoretical capacity, appropriate operating potential and high natural reserves, belongs to a new type of lithium ion battery cathode material. However, in practical applications, silicon produces distinct volume expansion when removing/embedding lithium, leading to a rapid decline in battery capacity, which hinders the commercialization of Si cathode. In view of the above problems, Si nanoparticles are compounded with a variety of carbon materials and Si/C anode materials are prepared in this paper. Through structural design, the electrode conductivity increases and the volume change level during charge and discharge reduces.The research contents and results of this paper are as follows:(1)The Si/C composite material (M-Si/C) is synthesized by one-step hydrothermal method. The outer layer of Si particles in the composite material has a structurally complete carbon coating. The carbon material could significantly reduces the internal stress of Si under the condition of volume expansion and avoids its contact with electrolyte. At the current density of 0.2A·g−1, the specific capacity is 510mAh·g−1 after 100 cycles, and the capacity retention rate is above 80% after 200 cycles.(2)The composite structure of Si/C porous microspheres (P-Si/C) is obtained by one-step hydrothermal method, in which the Si nanoparticles are evenly embedded in the carbon spheres like pomegranate seeds. At the current density of 0.5A·g−1, the specific capacity is still 530mAh·g−1after 100 cycles, with A capacity retention rate of 79.3%. Even if the current density increases to 1A·g−1, the reversible specific capacity could be reached to 420mAh·g−1 .(3)Using filter paper as carbon skeleton, Si/C composites (F/G/Si) with three-dimensional structure are prepared by the polymerization of glucose. At the current density of 0.2A·g-1, the circulating capacity could reach 422mAh·g−1embedded lithium capacity after 100 cycles, and the capacity could still be stable after 50 cycles.Key words Silicon carbon material; Electrochemical properties; Microstructure;Multiplier performance; Specific capacity of charge and discharge目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 锂离子电池介绍 (1)1.2.1 锂离子电池的工作原理 (1)1.2.2 锂离子电池的特点 (2)1.3 锂离子电池电极材料 (3)1.3.1 正极材料 (3)1.3.2 负极材料 (4)1.4 硅基材料 (6)1.4.1 硅纳米化 (6)1.4.2 硅氧化物 (7)1.4.3 硅基合金材料 (7)1.4.4 硅碳复合材料 (8)1.5 课题研究内容 (10)第2章实验原料及方法 (13)2.1 实验药品 (13)2.2 实验仪器 (13)2.3 材料表征 (14)2.4 材料电化学性能测试 (15)第3章DMF溶液对制备M-Si/C复合材料的性能影响 (17)3.1 M-Si/C复合材料制备 (17)3.2 M-Si/C复合材料结构表征 (17)3.3 M-Si/C复合材料电化学性能 (22)3.4 本章小结 (26)第4章石榴状结构P-Si/C微球的制备及其电化学性能研究 (29)4.1 P-Si/C复合材料制备 (29)4.2 P-Si/C复合材料结构表征 (29)4.3 P-Si/C复合材料电化学性能 (33)4.4 循环后的扫描电子显微镜测试结果分析 (36)4.5 本章小结 (36)第5章柔性电极F/G/Si复合材料的制备及其电化学性能研究 (37)5.1 柔性电极F/G/Si复合材料制备 (37)5.2 柔性电极F/G/Si复合材料表征 (37)5.3 柔性电极F/G/Si复合材料电化学性能 (42)5.4 本章小结 (46)结论 (48)参考文献 (50)致谢 (58)第1章绪论1.1 引言随着经济发展和能源需求的不断高涨，加剧了人们对化石燃料的过度使用。

静电纺丝技术及纳米材料制备

静电纺丝技术及纳米材料制备静电纺丝技术是一种常用于制备纳米材料的技术，通过将聚合物或其他材料溶液喷射至高压电场中，利用静电力将溶液中的纳米颗粒排列成纤维。

这种简单而高效的技术被广泛应用于纳米材料制备、纤维加工、医学及组织工程等领域。

一、静电纺丝技术的工作原理静电纺丝技术利用静电力将溶液中的纳米颗粒从尖端喷射出来，形成纤维。

其工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 溶液制备：首先，需要将所需材料溶解于适量的溶剂中，形成所谓的电纺溶液。

这种溶液应具有适当的黏度和表面张力，以便在电场中形成稳定的纳米纤维。

2. 喷射过程：将电纺溶液注入一个特定的喷射器中，通过控制喷射器的速度和电压，调节纤维的形状和直径。

在喷射的过程中，静电力使得溶液中的纳米颗粒向喷射器尖端聚集和喷射出来，最终形成纤维。

3. 固化处理：将喷射出的纤维置于适当的固化条件下，使纳米颗粒聚合并形成稳定的纤维结构。

常见的固化方式包括热处理、紫外线辐射、化学反应等。

二、静电纺丝技术的优势静电纺丝技术具有以下几个重要的优势，使得其成为一种广泛应用于纳米材料制备领域的关键技术：1. 简单易行：相比于其他纳米材料制备技术，静电纺丝技术仪器简单，操作也相对容易。

不需要复杂的设备和条件，可以在常规实验室中进行。

2. 纳米纤维可调性好：静电纺丝技术可以通过调节溶液的组分、浓度、喷射参数等，灵活控制纤维的直径、形状和结构，从纤维级别实现对纳米材料性能的调控。

3. 快速、高效：静电纺丝技术制备纳米纤维的速度非常快，可以在几分钟内获得大量的纳米纤维。

同时，纤维的制备过程中不需进行复杂的加热或冷却操作。

4. 对多种材料适用性强：静电纺丝技术可用于多种材料的制备，包括聚合物、金属、无机材料等。

因此，它具有广泛应用的潜力。

三、纳米材料在各个领域的应用纳米材料由于其独特的特性和结构，被广泛应用于各个领域。

利用静电纺丝技术制备的纳米材料具有纤维状结构，为纳米材料的应用提供了更多可能性。

SiC及其纳米复合材料的制备和表征以及光催化性能的开题报告

SiC及其纳米复合材料的制备和表征以及光催化性能的开题报告摘要：SiC是一种高温、高强度、高硬度、高抗腐蚀的材料，具有广泛的应用前景。

纳米复合材料以其独特的表面和结构特性，具有良好的光催化性能。

本文主要介绍了SiC及其纳米复合材料的制备方法和表征方法，以及它们的光催化性能研究进展。

关键词：SiC；纳米复合材料；制备；表征；光催化性能。

一、介绍SiC是一种广泛应用的材料，具有优异的高温、高强度、高硬度、高抗腐蚀等特性。

它在制造领域、电子领域、化学领域等方面都有着很好的应用。

然而，SiC晶体缺陷较多、批次不稳定，且其表面能较大，不易分散，难以发挥其应有的特性。

而纳米复合材料以其独特的表面和结构特性，被广泛应用于光催化材料领域。

本文主要介绍了SiC及其纳米复合材料的制备方法和表征方法，以及它们的光催化性能研究进展。

二、制备方法1. 物理化学法物理化学法主要包括热解法、凝胶法、卤化气体沉积法等。

热解法利用碳源和硅源，在高温下制备SiC。

凝胶法利用溶胶-凝胶法或水热法，在室温下制备SiC。

卤化气体沉积法利用氯化硅和氯化碳气体，通过热解反应制备SiC。

2. 溶剂热法溶剂热法是利用高氧化态的化合物作为反应剂，在高温高压下制备纳米材料。

它包括水热法、溶胶-凝胶法等。

三、表征方法1. X射线衍射（XRD）XRD能够表征样品的晶体结构、结晶度和衍射峰强度。

SiC的典型衍射峰为2θ=35.6°。

2. 扫描电子显微镜（SEM）SEM能够表征材料的表面形貌、粒径大小和分布情况。

3. 透射电子显微镜（TEM）TEM能够表征材料的晶格结构、形貌和尺寸分布情况。

4. 紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱UV-Vis能够表征纳米材料与光的相互作用，包括光吸收、光散射等，并能够计算纳米材料的带隙能。

四、光催化性能SiC材料的光催化性能取决于其晶体结构、表面性质和能带结构。

纳米复合材料的引入能够增加其表面积，利于光催化。

当前常用的光催化性能评价指标为光催化降解率。

静电纺丝法制备SiC纤维

度低、强度高、量高的工程材料。ＳＣ纤维具有高强度、模ｉ低
密度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、防老化以及与陶瓷基体良好相容性等一系列优良性能［４，２纪８代以来已成１３自０世－Ｏ年
为高温陶瓷基复合材料最佳的增强材料，近年来发展较快是的一种新型陶瓷纤维，广泛应用于宇航、传播、兵器、核能、热机等领域，称为２世纪航空航天及高科技领域应用的新被１材料］目前制备Ｓ。ｉ维的方法主要有化学气相沉积法Ｃ纤（ｖ）、机先驱体转化法［］活性碳纤维转化ＣＤ［７有７、
ＺＨＡＮＧｉＬｅ，ＬＩＪａａｉｙｎ，ＴＡＮ，ＳＹｉＵＮｎＹａ
（ｃｏｌｆＭａｅｉｌＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＤａｉｎＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙＤａｉｎ１６２）Ｓｈｏｔｒａｓｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ｌｉｅｓｔｏｃｎｌｇ，ｌ１０４ｏａｙａ
法＿］１和超细微粉烧结法［其中前３种方法已经实现了工 ” １，
分析仪进行热重分析；采用日Ｓｉｄｕ公司的ＸＤ６０本ｈｍａｚＲ－０Ｏ
型衍射仪进行Ｘ射线衍射分析，扫描速度４／ｎ采用德国￣ｍｉ；Ｂｕｅ司的ＥＵＩＯ５型傅立叶缍外光谱仪（ＴＩ）ｒｋ公ＱＮＸ５Ｆ－进Ｒ行红外光谱分析，Ｂ压片；Ｋｒ采用日本Ｊ０ＥＬ公司的ＪＭ－Ｓ

静电纺丝法简便合成的碳纳米纤维——二氧化锰超级电容器电极材料

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ７３００００）
法拉第准电容器，其理论模型是由Ｃｏｎｗａｙ首先
１关于超级电容器
提出Ｌ２］，即在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附和氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容．对于赝电容，其储存电荷的过
物理与工程
Ｖｏ１．２６Ｎｏ．５２０１６
静电纺丝法简便合成的碳纳米纤维
二氧化锰超级电容器电极材料的制备及研究
边达民韩盛张笑晨赵浩陈佳义周金元
（兰州大学物理科学与技术学院，甘肃兰州７３００００）决定其性能的最重要因素是摘要超级电容器是近几年迅速发展起来的一种新型储能元件，
ｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｔｈｅｍｏｓｔｉｍ— ｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｉｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｒｅｐｏｒｔｅｄａｆａｃｉｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏ —

静电纺丝技术制备无机功能复合纳米纤维的研究进展

静电纺丝技术制备无机功能复合纳米纤维的研究进展朱慧敏;高文元;闫爽;刘贵山;郝洪顺【摘要】目前,静电纺丝技术是唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法.随着功能材料的发展,单一组分的聚合物纳米纤维在功能上已经不能满足现有的应用领域.由于一些纳米无机功能粉体在光学、电学、催化等方面具有优越的性能,因此逐渐发展成在聚合物中加入纳米级无机功能粉体,采用静电纺丝技术可以得到无机复合纳米纤维,不仅满足了原有的应用性能,而且在一些特殊的领域能够表现出更加优越的性能.为此本文概述了静电纺丝技术在无机复合纳米纤维制备方面的最新研究进展,分析了静电纺丝工艺在制备无机复合纳米纤维方面存在的主要问题.最后指出了静电纺丝技术制备硅藻土复合纳米纤维所面临的问题,以及应该采取的对策.【期刊名称】《中国陶瓷工业》【年(卷),期】2017(024)004【总页数】4页(P53-56)【关键词】静电纺丝技术;无机功能粉体;硅藻土复合纳米纤维;研究进展【作者】朱慧敏;高文元;闫爽;刘贵山;郝洪顺【作者单位】大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;辽宁新材料与材料改性重点实验室,辽宁大连 116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;辽宁新材料与材料改性重点实验室,辽宁大连 116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;辽宁新材料与材料改性重点实验室,辽宁大连 116034;大连工业大学纺织与材料工程学院,辽宁大连 116034;辽宁新材料与材料改性重点实验室,辽宁大连 116034【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75随着纳米材料技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点。

近年来发展了许多制备纳米纤维的方法，如拉伸、模板聚合、相分离、自组织和静电纺丝等，而静电纺丝工艺是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。

静电纺丝制备磁性碳纳米复合纤维及其表征_汤营茂

第29卷第8期无机材料学报Vol. 29No. 82014年8月Journal of Inorganic Materials Aug., 2014收稿日期: 2013-11-05; 收到修改稿日期: 2013-12-09基金项目: 福建省科技厅高校产学研重大项目(2011H6005, 2013H6007); 福建科技厅重点项目(2012H0018, 2013H0017); 福建省自然科学基金(2011J01287)Fujian Key Project of Industry-University-Research Collaboration (2011H6005, 2013H6007); Key Project of Fujian Science and Technology Agency (2012H0018, 2013H0017); Natural Science Foundation of Fujian Province (2011J01287)作者简介: 汤营茂(1990–), 男, 硕士研究生. E-mail: ymtang88@ 文章编号: 1000-324X(2014)08-0827-08 DOI: 10.15541/jim20130577静电纺丝制备磁性碳纳米复合纤维及其表征汤营茂1, 缪清清2, 肖荔人1, 钱庆荣2, 陈庆华2(福建师范大学 1. 材料科学与工程学院; 2. 环境科学与工程学院, 福州350007)摘要: 以聚丙烯腈(PAN)、乙酰丙酮铁(AAI)、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料, 采用静电纺丝–煅烧技术成功制备出磁性碳纳米复合纤维。

通过TEM 分析发现CF900的直径约为130~210 nm, 磁性纳米颗粒均匀地分散在碳纳米纤维中, 并探讨了碳化温度对碳纳米复合纤维磁性能的影响。

结果显示: 饱和磁化强度(M s )和剩余磁化强度(M r )均随温度的升高而增大, 样品CF900的饱和磁化强度(M s )高达27.55 A·m 2/kg, 比表面积(S BET )和总孔容积(V total )达354.0 m 2/g 和0.315 mL/g 。

一种静电纺丝法制备碳纳米纤维-羟基磷灰石复合材料的方法及其修饰电极的制备[发明专利]

专利名称：一种静电纺丝法制备碳纳米纤维-羟基磷灰石复合材料的方法及其修饰电极的制备
专利类型：发明专利
发明人：孙伟,翁文举,殷春晓,牛燕燕,刘娟,罗贵铃,阮承祥
申请号：CN201810579413.8
申请日：20180607
公开号：CN108950735A
公开日：
20181207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种静电纺丝法制备碳纳米纤维‑羟基磷灰石复合材料的方法及其修饰电极的制备。

（1）将羟基磷灰石（Hydroxylopatite，HAp）和聚丙烯腈（polyacrylonitrile，PAN）加入到N,N‑二甲基甲酰胺（N,N‑dimethylformamide，DMF）中，电纺可得到羟基磷灰石掺杂聚丙烯腈纳米复合材料（HAp‑PAN），经高温碳化处理即可得到羟基磷灰石掺杂碳纳米纤维
（HAp‑CNF）；（2）将研磨成粉末状的HAp‑CNF分散到蒸馏水中超声振荡得到HAp‑CNF均一分散液；（3）取石墨粉与离子液体HPPF置于研钵中研磨成均匀碳糊状，将碳糊填入到内置铜丝的玻璃电极管中压实，得到碳离子液体电极（CILE）；（4）取6~10 μL1.0 mg/mL~2.2 mg/mL
HAp‑CNF分散液滴涂在CILE表面，即得到HAp‑CNF/CILE电极；（5）运用电化学分析法考察HAp‑CNF/CILE的性能，通过扫描电子显微镜考察了HAp‑CNF的外观形貌和结构特征。

申请人：海南师范大学
地址：571158 海南省海口市琼山区龙昆南路99号海南师范大学
国籍：CN
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一种静电纺丝锂离子电池负极极片的制备方法[发明专利]

专利名称：一种静电纺丝锂离子电池负极极片的制备方法专利类型：发明专利
发明人：廖小东
申请号：CN201810318710.7
申请日：20180411
公开号：CN108735976A
公开日：
20181102
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种静电纺丝锂离子电池负极极片的制备方法，包括如下步骤：将多金属氧酸锂盐溶于去离子水中，形成多金属氧酸锂盐溶液；将石墨加入多金属氧酸锂盐溶液中，并加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，水性粘接剂LA13x，形成纺丝溶液；将纺丝溶液装入静电纺丝仪中进行纺丝，将纺丝溶液纺在铜箔上，丝条致密且均一的粘接在铜箔上，然后将粘接有丝条的铜箔烘干，制得所述电池负极极片。

采用静电纺丝工艺制备负极极片相比于传统搅拌涂布工艺，缩短了工艺时间，提高了生产效率。

申请人：中国东方电气集团有限公司
地址：610000 四川省成都市金牛区蜀汉路333号
国籍：CN
代理机构：成都天嘉专利事务所(普通合伙)
代理人：张吉
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静电纺丝硕士学位

静电纺丝硕士学位摘要摘要锂离子电池是一种绿色环保的储能装置。

由于锂离子电池的能量密度高、循环寿命长并且没有记忆效应，价格较低，自放电小并且环保，一直备受青睐。

随着能源环境危机，以及日常生活中便携设备的增加，对于锂离子电池的性能要求越来越高。

由于纳米材料优异的性能，其已经被用于高性能锂离子电池的开发。

静电纺丝是制备一维纳米材料的方法之一。

其操作简单及价格低廉的优势，使其得到了广泛地应用，因此，可以通过静电纺丝技术来制备可以用为用于锂离子电池负极材料的无机纳米纤维。

本文详细阐述了利用单轴、同轴静电纺丝技术制备碳镍复合纳米纤维的方法，并采用SEM、TEM、XRD、TG等表征手段测试了所制备材料的表面形貌及晶型结构等；并通过恒流充放电测试了所制备材料的电化学性能。

本文的具体研究工作如下：利用乙酸镍和草酸合成草酸镍，将不同质量的草酸镍加入到PAN溶液制备成4份不同浓度的纺丝液。

采用静电纺丝法制备复合纳米纤维，并讨论了不同的草酸镍含量对纤维形貌结构的影响。

在纺丝过程中发现，当溶质中草酸镍质量分数达到10%时，溶液就会变得不稳定。

将纯PAN和复合纤维FTIR表征，煅烧后的碳纤维和碳基复合纤维进行XRD表征，结果表明：草酸镍在纺丝液中的FTIR中呈现出OH吸收峰，说明其确实制得了PAN/PVP复合纳米纤维。

XRD峰表明PAN碳化完全，复合纳米纤维中的草酸镍分解生成的氧化镍，但未被碳充分还原，得到了C/NiO-Ni 复合纤维。

将所制得的碳纳米纤维和复合纳米纤维组装成模拟电池测试其电化学性能，结果表明掺杂草酸镍后，其电化学性能得到明显提高。

以乙酸镍作为前驱体，配置了不同浓度的乙酸镍的PAN溶液和纯PVP溶液，通过同轴静电纺丝装置制备了多孔复合纳米纤维，并讨论了复合纳米纤维形成多孔结构机理。

进经过分析研究发现，这可能是由于煅烧过程中，升温速率导致纤维结构稳定性变差，同时芯层溶液扩散至皮层溶液使得外层高聚物内含有内层高聚物，这些内层高聚物分解产生气泡所致。

静电纺丝技术及其应用PPT课件

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静电纺丝的应用——电池和电极材料
以锂离子电池为例，静电纺能很好的改变其性能。将PAN的静电纺丝和惰性气体下的热处理巧妙的结合起来，制备出高纯的碳纳米纤维网络结构，由于其优良的物理和化学性质，这种碳纳米纤维能够很好的改善锂离子电池（LiB）的电容率。
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静电纺丝法制备纳米材料
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Page 1
目录
静电纺丝的历史静电纺丝的设备和原理静电纺丝的影响因素和特点静电纺丝的应用
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Page 2
静电纺丝技术的发展历史
1934年 Formhals
1966年 Simons
1971年 Baumgarten
1981年
Larrondo 和Manley
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静电纺丝的应用——化学及生物传感器
由静电纺丝得到的纳米级纤维制备化学传感器因为具有超高的比表面积、快速的反应时间、良好的灵敏度和选择性等优点备受关注。纳米化学传感器在环境污染物检测、工业反应检测、食品安全监督、药物成分分析等方面有广泛的应用。
用静电纺丝法制备PANI纳米纤维，并将纤维沉积在Au电极上，制备成NH3 传感器。纳米纤维传感器可以在几分钟内完成NH3的检测过程。
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3）并列式针头
并列式针头体系是一种结构简单却易于实现功能化纳米纤维制备的喷丝头体系。它将不同的聚合物溶液通过紧密靠在一起的并列式针头同时进行射流激发，在电纺过程中平行射流融合，得到多根纤维互相连接的束状单根纤维，因此特别适合制备双组份聚合物纤维。
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静电纺丝技术在超级电容器中的应用_靳瑜

静电纺丝技术在超级电容器中的应用/ 靳瑜等
# 21 #
静电纺丝技术在超级电容器中的应用*
靳瑜1, 2 , 姚辉1, 2 , 陈名海2 , 刘宁1 , 李清文2
( 1 合肥工业大学材料科学与工程学院 , 合肥 230009; 2 摘要中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 , 苏州 215123)
静电纺丝是一种新型的非纺织成丝技术 , 具有适用材料体系广泛、纤维尺寸结构可控、工艺简便等特
点 , 是制备连续纳米纤维的重要方法。静电纺丝技术制备的纳米纤维薄膜因具有巨大的纳米表面和网状孔隙结构可调等优势 , 在超级电容器领域显示出诱人的应用前景。综述了近年来静电纺丝技术在超级电容器电极材料和隔膜材料方面的研究进展 , 介绍了碳基、金属氧化物和聚合物电极材料高活性纳米纤维的制备方法及电化学行为 , 以及静电纺丝无纺布作为隔膜材料显示出的巨大优势 , 并总结了制约静电纺丝走向商业化的不利因素 , 如产率低、薄膜强度不足、喷丝不稳定等 , 最后介绍了近年来静电纺丝技术在结构可控、规模化制备的产业进展 , 并展望了其在超级电容器领域中的商业化应用前景。关键词
图 1 超级电容器结构示意图 Fig. 1 Schematic diagram of supercapacitors[ 4] 静电纺丝技术 ( Electrospinning) 是一种新型的非纺织成丝技术 , 其结构如图 2 所示 , 主要由高压电源、推进装置和收 [ 9] 集装置等 3 部分组成 , 基本原理是注射器( Syringe) 在注射器推进泵( Syringe pump) 的推动下, 将聚合物溶液 ( 或熔体 ) 推入与高电压能量装置 ( H igh - volt age pow er supply) 相连的金属喷头( M etallic needle) 部位 , 高电压 ( 通常为 10~ 30kV ) 使得金属喷头内的聚合物液滴加速形成纤维喷射细流, 喷射过程中经溶剂蒸发或熔体冷却, 最终在接地的收集装置 ( Grounded collector) 上得到纤维状物质 [ 10] 。

静电纺丝制备二氧化硅复合纳米纤维的研究进展

静电纺丝制备二氧化硅复合纳米纤维的研究进展
杨海贞;马闯;周泽林;魏肃桀;田征坤
【期刊名称】《印染》
【年(卷),期】2022(48)10
【摘要】采用静电纺丝法制备的二氧化硅(SiO_(2))纤维材料具有较大的比表面积、良好的力学性能和稳定性,受到人们广泛关注。

综述了近年来国内外静电纺丝法制
备二氧化硅复合纳米纤维的研究现状,重点介绍了PVA/SiO_(2)、PVP/SiO_(2)、PAN/SiO_(2)、PVB/SiO_(2)、PAA/SiO_(2)、PEI/SiO_(2)、CA/SiO_(2)、
TiO_(2)/SiO_(2)、Ni/SiO_(2)、ZSM-5/SiO_(2)和多孔/介孔/SiO_(2)复合纳米纤
维的研究进展,以及其在过滤材料、组织工程支架、医学领域的外伤敷料、传感器、光催化和催化剂载体领域的应用。

【总页数】7页(P71-77)
【作者】杨海贞;马闯;周泽林;魏肃桀;田征坤
【作者单位】中原工学院纺织学院
【正文语种】中文
【中图分类】TS199
【相关文献】
1.高压静电纺丝技术制备二氧化锆/二氧化硅复合纳米纤维
2.静电纺丝技术制备无
机功能复合纳米纤维的研究进展3.静电纺丝制备胶原基复合纳米医用纤维的研究
进展4.静电纺丝制备碳纳米管/聚合物复合纳米纤维的研究进展5.静电纺丝制备氧化石墨烯复合纳米纤维的研究进展
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第29卷第2期无机材料学报Vol. 29No. 22014年2月Journal of Inorganic Materials Feb., 2014收稿日期: 2013-05-02; 收到修改稿日期: 2013-06-14基金项目: 吉林大学博士研究生交叉学科科研资助计划(2011J015)PhD. Candidates Interdiscipline Research Project of Jilin University (2011J015)文章编号: 1000-324X(2014)02-0197-06 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2014.13256静电纺丝法制备Si/C 复合负极材料及其性能表征屈超群1, 王玉慧2, 姜涛2, 别晓非2(1. 吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室, 四平136000; 2. 吉林大学物理学院, 新型电池物理与技术教育部重点实验室, 长春130012)摘要: 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为高分子聚合物配体, 采用静电纺丝法制备了Si/C 复合负极材料。

利用PVP 高温烧结形成的碳作为体积缓冲骨架, 有效地解决了硅在循环过程中的体积膨胀和粉化问题。

采用X 射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的晶体结构及微观形貌进行了研究。

结果表明, 材料整体呈纤维状分布, 纤维直径300 ~ 400 nm, Si 粒子以“麦穗状”均匀地分布在由无定形碳构成的纤维上。

电化学测试结果表明, 复合材料首次充放电的不可逆容量为294.9 mAh/g, 是由于电极与电解液界面间固态电解质(SEI)膜的形成所致。

另外, 复合材料在低倍率(0.1C 、0.2C 和0.5C )和高倍率(1.0C 和2.0C )下均具有较高的库伦效率及较好的循环稳定性。

关键词: 锂离子电池；Si/C 复合负极；静电纺丝；纳米纤维中图分类号: TM912 文献标识码: ASynthesis and Characterization of Si/C Composite Anode by ElectrostaticSpinning MethodQU Chao-Qun 1, WANG Yu-Hui 2, JIANG Tao 2, BIE Xiao-Fei 2(1. Key Laboratory of Functional Materials Physics and Chemistry of the Ministry of Education, Jilin Normal University, Sip-ing 136000, China; 2. Key Laboratory of Advanced Batteries Physics and Technology, Ministry of Education, College of Phys-ics, Jilin University, Changchun 130012, China)Abstract: Si/C composite anode material was successfully fabricated by an electrospinning method using PVP as macromolecule polymer collocation. The carbon derived from sintering PVP at high temperature plays a role in buff-ering size skeleton of silicon, which can effectively improve the volume expansion and pulverization problem of sili-con at charge-discharge. The structure and morphology of the as-prepared samples were characterized by X-ray dif-fraction (XRD), Raman spectrum (Raman) and scanning electron microscope (SEM). The results show that the distri-bution of composite material is fibrous with diameter in the range of 300–400 nm. A “wheat like” structure is formed by Si particles distributed on the amorphous carbon fibers. The electrochemical test demonstrates that the irreversible capacity at first charge-discharge process is 294.9 mAh/g, which is due to the formation of solid electrolyte interface (SEI) film between the electrode and electrolyte. In addition, this composite material has very high columbic effi-ciency and excellent cycle stability, both at a low (0.1C , 0.2C and 0.5C ) and high (1.0C and 2.0C ) rates.Key words: lithium-ion battery; Si/C composite anode; electrostatic spinning; nanofibers锂离子电池以能量密度高、循环寿命长和对环境友好等优点正在逐步取代镍氢电池, 成为最有198 无机材料学报第29卷前途的储能装置。

特别在最近几年, 随着新能源汽车、便携式电子产品的高速发展, 锂离子电池得到了更广泛的关注和更为深入的研究。

负极材料是锂离子电池的重要组成部分, 它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。

未来的锂离子电池负极材料必须向高容量方向发展, 才能解决现有电池能量密度低的问题。

硅材料是一种具有超高比容量(理论容量4200 mAh/g)的负极材料[1], 是传统碳系材料容量的十余倍, 且放电平台与之相当, 因此被视作下一代锂离子电池负极材料的首选。

然而, 纯硅在充放电过程中会发生巨大的体积变化(体积膨胀率300%), 导致其粉化[2], 进而影响到电池的安全性。

另一方面, 纯硅的电子导电率较低, 很难提升锂离子电池的大电流充放电能力。

针对上述两方面问题的传统解决方案是: 将硅与碳进行复合, 进而制备出Si/C复合材料, 利用碳作为硅粉在充放电过程中的缓冲骨架和导电桥梁[3-4]。

纳米尺寸的电极材料通常具有优异的电化学性能, 这是因为较小的颗粒尺寸可以缩短Li+离子的传输距离, 提高材料的循环性能, 较大的比表面积可以增加电极与电解液的接触机会, 提高充放电倍率[5]。

静电纺丝技术是一种常用的获得连续纳米结构材料的制备方法, 其核心是使带电高分子溶液或熔体在静电场中流动和变形, 然后经溶剂挥发或熔体冷却而固化, 得到纤维状物质。

静电纺丝方法制备的纳米纤维通常具有很小的尺寸和直径, 且比表面积较高, 纤维分布均匀, 纤维间还能形成很好的空隙结构。

因而, 通过这种方法制备的电极材料具有非常出色的电化学性能[6-7]。

基于此, 本工作以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为高分子聚合物配体, 同时添加少量纳米硅粉, 通过静电纺丝方法制备具有纤维网状交错结构的Si/C复合材料。

利用纯硅的高容量特性提高负极材料的放电容量, PVP高温烧结过程中产生的碳作为体积缓冲骨架, 并利用PVP的吡咯烷酮环的羰基与硅产生缔合作用[8], 防止纳米硅粉粒子大规模团聚和分布不均匀。

纤维间的空隙可作为膨胀缓冲区域, 有效解决硅负极在循环过程中的体积膨胀和粉化问题。

同时, 还对Si/C复合负极材料的物理及电化学性能进行了表征和分析。

1实验部分1.1材料的制备首先将PVP粉末(分子量15000)加入到乙醇溶液中, 配置成浓度为0.5 kg/L的溶液, 然后再按照硅粉与PVP质量比1:5的比例加入纳米硅粉(平均粒径35 nm), 室温下磁力搅拌10 h后超声分散30 min, 形成均一稳定的前驱体溶液。

前驱体溶液加入到DT-200型静电纺丝机(Dalian Dingtong)的注射器中, 针头孔径0.8 mm, 通过推进泵控制注液速度为0.4 mL/h进行静电纺丝。

纺丝电压15 kV, 接收板为18 μm铝箔, 接收距离17 cm, 湿度控制在30% ~ 50%之间。

所得纺丝前驱体在马弗炉中以5 ℃/min的速率升温至230℃预氧化30 min, 然后置于通有氩气保护的管式炉中650℃烧结7 h, 随炉冷却后即得Si/C复合材料。

1.2材料物理性能表征材料的物相分析使用日本理学公司的D-MAX 2200型粉末X射线衍射仪(XRD, Cu靶, Kα射线), 扫描区间为10° ~ 80°, 扫描速率为0.02°/min。

采用日立(HITACHI)公司的SU-8020型冷场发射扫描电子显微镜(SEM)观察材料的形貌, 加速电压为10 kV。

使用Acton SpectraPro 2500i型光谱仪进行拉曼Raman 光谱收集, 输出功率10 mW, 波长532 nm, 扫描范围400 ~ 2000 cm-1。

材料的碳含量采用美国TA公司的SDTA851E型热力学分析仪进行测量。

1.3材料电化学性能表征采用所合成的Si/C复合材料作为活性物质, 聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂, 乙炔黑作为导电剂制备电极片。

首先将活性物质、PVDF和乙炔黑按照质量比92:5:3的比例混合, 再加入适量的丙酮, 室温下搅拌24 h, 所得浆料均匀地涂覆在厚度为15 μm的铜箔上, 然后置于110℃的真空烘箱中干燥12 h, 得正极极片。

采用金属锂片作为负极, Celgard 2500型三层膜作为隔膜, 1 mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)/碳酸二乙酯(DEC)(体积比1:1:1)溶液作为电解液, 在充满氩气的手套箱中(MIKRO-UNA, 水氧含量均小于1×10-6)组装成两电极的模拟电池。