静电纺中空NIOC纳米复合纤维及其锂电性能的任务书.docx

静电纺中空NIOC纳米复合纤维及其锂电性能的任务书
一、选题背景及意义
随着人们对生活质量和环境保护要求的提高，对新型能源的需求也越来越迫切。锂离子电池作为一种高效、环保、可再生的能源，其在电动汽车、电动工具、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。目前市面上的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但是石墨的比容量相对较低，难以满足高能量密度的要求，因此需要寻求新型的负极材料。
近年来，空心结构的一维纳米材料因其具有较高的比表面积和空间通道，在锂离子电池负极材料的研究中受到了广泛关注。静电纺技术是制备一维纳米材料的有效手段之一，具有成本低、制备简单等优点。此外，将静电纺纳米纤维与其他纳米材料复合可以得到具有优异性能的新型材料。因此本课题选取静电纺碳纳米管/hollowTiO2(空心二氧化钛)复合纤维为负极材料，旨在研究其在锂离子电池中的应用性能。
二、研究内容
本课题的主要研究内容为：通过静电纺技术制备碳纳米管/hollowTiO2复合纤维，并对纤维材料的形貌、结构、性能进行表征；进一步研究材料在锂离子电池中的应用性能及机理。
（1）静电纺制备碳纳米管/hollowTiO2复合纤维
以聚丙烯腈(PAN)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料，利用静电纺技术制备碳纳米管/hollowTiO2复合纤维。通过在静电纺过程中加入不同比例的空心二氧化钛粒子，控制制备的复合纤维中空心二氧化钛的比例。制备的复合纤维结构外观、形貌、尺寸及比表面积等物理性质进行表征，并探究不同空心二氧化钛比例对纤维性能的影响。
（2）表征复合纤维材料的性能及机理
通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对纤维内部结构进行观察，并进行X-射线衍射(XRD)等物理测试手段分析其晶体结构。通过氮气吸附-脱附、电化学测试等方法表征复合纤维的比表面积、孔径及电化学性能等。
（3）研究复合纤维在锂离子电池中的应用性能
采用常规的电化学测试手段，通过恒流充放电测试、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安(CV)等测试方法，研究材料在锂离子电池中的电化学性能及机理。
三、预期成果
本课题预期可以实现以下成果：
（1）成功制备出碳纳米管/hollowTiO2复合纤维
（2）对材料的形貌、尺寸及比表面积等物理性质进行了全面的表征，并探究空心二氧化钛比例对纤维性能的影响。
（3）分析了纤维内部结构和晶体结构，并对复合纤维的性能进行了表征。
（4）研究了复合纤维在锂离子电池中的电化学性能，并探究了其作为锂离子电池负极材料的机理。
四、研究方法及技术路线
（1）静电纺制备碳纳米管/hollowTiO2复合纤维
将PAN、DMF混合物放置于70℃转速1100r/min的旋转涂布机中制备均匀的纤维，经过预氧化处理后再将碳纳米管和空心二氧化钛粒子加入其中，再利用静电纺技术制备复合纤维。
（2）表征纤维材料的性能
借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射和氮气吸附表面积等方法表征复合纤维的物理性质，探究复合纤维的微观结构、表面性质等。
（3）测试纤维在锂离子电池中的电化学性能
采用常规的电化学测试手段，如循环伏安、恒流充放电测试和电化学阻抗谱等测试方法，研究纤维在锂离子电池中的应用性能及机理。
五、进度安排
本课题预计完成时间为1.5年。具体安排如下：
第一年
1-3月：文献调研、理论学习和实验参数优化；
4-6月：采用静电纺技术制备材料，并对材料的形貌、结构、性能进行表征；
7-9月：分析复合纤维材料的性能及机理；
10-12月：研究复合纤维在锂离子电池中的应用性能及机理。
第二年
1-3月：进一步开展纤维在锂离子电池中的应用性能研究；
4-6月：数据分析及文献撰写；
7-8月：实验结果的论文撰写；
9-10月：文章审核和修改；
11-12月：文章的投稿和宣传。
六、参考文献
[1]C.Bommier,H.M.Chen,E.M.Erickson,P.J.Hoertz,andD.Prendergast.Hierarchicallyporouscarbonderivedfrompolymersandbiomass:effectofinterconnectedporesonenergycontentandchargestorage.J.Mater.Chem.A1(37),2013:11208-11219.
[2]X.Chen,J.M.Pan,H.M.Pang,J.F.Li,H.G.Wang,andY.X.Tong.Atypicalone-dimensionalmesoporouscarbonmaterialforhigh-performancelithium-sulfurbatteries.Small11(28),2015:3477-3484.
[3]X.Deng,Y.Q.Li,C