基于限域反應(yīng)制備SnO2-石墨烯復(fù)合電極材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、對現(xiàn)有的鋰離子電池電極材料而言,無論是正極還是負(fù)極材料,大多存在某些共性的缺陷,如電導(dǎo)率低、充放電時的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定以材料納米化以后出現(xiàn)副反應(yīng)等,而無法滿足新一代高容量、高功率鋰離子電池的需要。SnO2作為一種典型的錫基負(fù)極材料,其嵌/脫鋰過程同時具有相轉(zhuǎn)化反應(yīng)和合金化反應(yīng)的特征,在具有較高理論儲鋰容量(783mAhg-1)的同時又存在體積膨脹嚴(yán)重(≥300％)、粉化以及電導(dǎo)率低等問題。因此,SnO2可作為研究解決現(xiàn)有電極材料共性缺陷的代表

2、性材料。
　　目前,解決SnO2體積膨脹、粉化和導(dǎo)率低等的方法主要有兩類:一類是將SnO2納米化,通過把SnO2制備成各種結(jié)構(gòu)的納米材料來緩沖SnO2的體積膨脹;另一類是將SnO2擔(dān)負(fù)在碳材料上或?qū)M(jìn)行SnO2碳包覆,借助于擔(dān)載或包覆材料的高導(dǎo)電性和柔韌的結(jié)構(gòu)來克服SnO2的缺陷。但是,SnO2的納米化使其副反應(yīng)增多,而碳納米管和碳納米纖維在擔(dān)載納米SnO2時又存在自身結(jié)構(gòu)上的局限,因此亟需一種具有新型結(jié)構(gòu)的擔(dān)載材料。
　　

3、石墨烯作為一種新型的二維結(jié)構(gòu)碳材料,具有諸多優(yōu)良的性質(zhì),如具有極高的電子電導(dǎo)率、極強的結(jié)構(gòu)強度和良好的結(jié)構(gòu)柔韌性等,是一種擔(dān)載SnO2的理想材料。
　　本論文采用化學(xué)氧化還原法制備石墨烯,并將石墨烯作為SnO2的擔(dān)載材料制備SnO2/石墨烯復(fù)合電極材料。通過考察氧化劑(KMnO4或 KClO3)、氧化酸(H2SO4和HNO3)和鹽(NaNO3)的不同搭配對石墨烯結(jié)構(gòu)和性能的影響,尋找適合與電極材料復(fù)合石墨烯的制備方法。實驗結(jié)果表明

4、,KMnO4具有較好的打開石墨中石墨烯片層間距的作用,而KClO3的開層作用則較差,以KMnO4為氧化劑制備的氧化石墨烯和石墨烯的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能要優(yōu)于以KClO3為氧化劑制備的氧化石墨烯和石墨烯;另外,氧化石墨烯的還原方式也強烈地影響石墨烯的電化學(xué)性能,其中采用水熱還原得到的石墨烯具有最好的電化學(xué)性能,其初始可逆儲鋰容量達(dá)1366mAhg-1,50次循環(huán)后的可逆儲鋰容量仍保持在648mAhg-1。
　　本論文通過引入超聲波合成以

5、及“限域反應(yīng)”思想,提出了超聲波輔助水熱/溶劑熱法(UAH)和超聲波輔助氣-液界面法(UAG-L)制備SnO2/石墨烯復(fù)合電極材料。由超聲波輔助水熱/溶劑熱法制備的SnO2/石墨烯均表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能,尤以G-SUAH-W-a的電化學(xué)性能最為優(yōu)異,其在0.1Ag-1電流密度下50次循環(huán)后的放電容量仍高達(dá)1455mAhg-1。而由超聲波輔助氣?液界面法SnO2/石墨烯同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,其在0.1Ag-1電流密度下50次循環(huán)后