【摘 要】
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如今,全球经济严重依赖石油等不可再生资源,然而随着化石燃料不断加工和消耗已导致全球变暖、污染等问题。锂离子电池作为一种环境友好型的二次电池而备受瞩目,广泛应用在便携式电子产品和电动汽车等众多领域。科研人员不断努力获得更高能量密度和更佳循环性能的锂离子电池,以此来满足对能源动力不断增长的需求。纤维素是地球上最丰富的天然高分子材料,醋酸纤维素（CA）是纤维素的衍生物,与化石燃料相比,具有可再生、可降解
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如今,全球经济严重依赖石油等不可再生资源,然而随着化石燃料不断加工和消耗已导致全球变暖、污染等问题。锂离子电池作为一种环境友好型的二次电池而备受瞩目,广泛应用在便携式电子产品和电动汽车等众多领域。科研人员不断努力获得更高能量密度和更佳循环性能的锂离子电池,以此来满足对能源动力不断增长的需求。纤维素是地球上最丰富的天然高分子材料,醋酸纤维素（CA）是纤维素的衍生物,与化石燃料相比,具有可再生、可降解及价格低廉等特点,并且经过改性后能够溶于有机溶剂,大大提高可纺性能。纺制出的纳米纤维具有较大比表面积和丰富的活性位点,以接触更多电解液和提供锂离子的快速传输通道。但CA作为锂离子电池碳负极具有较低的理论容量,难以满足当前的储能要求,与具有较大可逆容量的Fe3O4复合是改善电极性能最有效的方式之一。本论文选用CA为碳源,乙酰丙酮铁（Fe（acac）3）为铁源,溶液共混后通过静电纺丝技术制备含铁掺杂的复合纳米纤维（Fe3O4@CNFs）,改变热处理条件制备纯氧化铁纳米纤维（FexOyNFs）等,探究纺丝电压对纳米纤维形貌的影响;通过碳化CA研究不同碳化温度与碳纳米纤维（CNF）的形貌及结构和电化学性能的关系。通过对Fe3O4@CNFs和FexOyNFs物理性能及电化学性能的比较,分析碳材料对复合电极中电化学性能的影响。本论文的主要成果如下:（1）通过探究静电纺丝工艺的CNF形态的影响,研究发现,静电纺丝纤维平均直径随纺丝电压的增加而减小,但纺丝电压超过18 k V时的纤维直径分布不均,纤维有序性也随着电压增大明显降低。（2）通过调节热处理温度对纤维形貌的影响,CNF随碳化温度的升高而发生粘联,比表面积和孔体积逐渐增大,石墨化程度不断提升。当碳化温度达到900℃时,CNF周围产生积碳,电化学性能受到影响,700℃时制备的CNF-700的电化学性能最佳。作为锂电池负极材料,在0.2 A·g-1的电流密度下首次放电容量达1037.7 m A h·g-1,经100次循环后的可逆容量仍保持在320.7 m A h·g-1。CNF-700与非纤维结构的Carbon-700进行循环性能对比,发现Carbon-700在100次循环后的可逆容量仅能保持在256.3 m A h·g-1,说明一维纳米结构的CNF-700材料具有更出色的电化学性能。（3）通过500℃碳化制备Fe3O4@CNFs的碳结构具有良好的石墨化程度,碳的无序度高于CNF,说明碳材料不仅提供出色的电导率,而且制造更多孔结构,增加材料的存锂空间;而无碳的FexOyNFs在循环期间可逆容量迅速衰减,证明碳基质提高了Fe3O4@CNFs电极的稳定性。（4）Fe3O4@CNFs作为电极材料组装的半电池在1和2 A·g-1的电流密度下经过300次循环分别表现出773.6和596.5 m A h·g-1的高可逆容量,从第二次循环开始的测得容量保持率分别为95.5和109.5%,说明复合电极具有超长的使用寿命和优异的循环稳定性。
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