鋰離子電池SnO2基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、鋰離子電池與其他二次電池相比具有工作電壓高、能量密度大、重量輕、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)點。SnO2的理論比容量高達782 mAh g?1，被認為是一種較有前景的鋰離子電池負極材料，但在鋰離子插入脫出過程中，體積膨脹較為嚴(yán)重，易造成粉末化，導(dǎo)致容量衰減嚴(yán)重。將錫基材料與碳材料復(fù)合來緩減其體積的變化是提高負極材料電化學(xué)性能的有效方法。同時，SnO2基負極材料的電化學(xué)性能與其形貌有著很大的關(guān)聯(lián)，一維的納米棒能夠提供較快的鋰離子傳

2、導(dǎo)速率，二維的納米片有著更多的反應(yīng)活性點，零維的納米顆粒有著優(yōu)越的比表面積。
　　針對SnO2易粉末化這一問題，本文從材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，采用水熱法在不同維數(shù)的碳材料（三維石墨、一維碳納米管和二維石墨烯）上原位生長不同形貌的SnO2（納米棒、納米片和納米顆粒），構(gòu)筑出一系列具有新型結(jié)構(gòu)的SnO2基復(fù)合材料。運用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、紅外光譜分析(FT-IR)、比表面積分析(BET)、熱重分析

3、(TGA)對復(fù)合材料進行表征。運用恒電流充放電、循環(huán)伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等方法對其電化學(xué)性能進行測試和分析，系統(tǒng)性研究了SnO2形貌特征對復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能的影響。主要研究內(nèi)容包括：
　　以 SnCl4·5H2O為錫源，石墨、碳納米管和石墨烯為碳源，水熱合成 SnO2納米棒垂直長在鱗片石墨表面，SnO2納米棒/碳納米管復(fù)合材料以及SnO2納米棒/石墨烯復(fù)合材料，系統(tǒng)性研究了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)

4、，碳材料的加入有利于SnO2的分散，顯著地增加了材料的電導(dǎo)率。在不同充放電電流密度下，SnO2納米棒/石墨復(fù)合材料，SnO2納米棒/碳納米管復(fù)合材料以及SnO2納米棒/石墨烯復(fù)合材料40次循環(huán)穩(wěn)定性后的可逆放電容量分別比純SnO2納米棒的放電容量（112 mAh g?1）高出296 mAh g?1，465 mAh g?1和618 mAh g?1。
　　采用SnCl2·2H2O為錫源，Na3C6H5O7·2H2O為表面活性劑，在石墨

5、、碳納米管和石墨烯表面原位生長SnO2納米片，構(gòu)筑出具有三維結(jié)構(gòu)的SnO2納米片/碳復(fù)合材料，闡明了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)對電化學(xué)性能的影響。恒電流充放電顯示，電流密度為100 mA g?1，40次循環(huán)后，SnO2納米片/石墨復(fù)合材料，SnO2納米片/碳納米管復(fù)合材料以及 SnO2納米片/石墨烯復(fù)合材料的可逆放電容量分別比純 SnO2納米片的放電容量（234 mAh g?1）高出243 mAh g?1，345 mAh g?1和379 mAh

6、 g?1。
　　通過SnCl4·5H2O為錫源，乙醇-水混合體系為溶劑，水熱合成由納米顆粒組成的SnO2微球，以及SnO2納米顆粒/石墨烯復(fù)合材料。恒電流充放電顯示，電流密度為100 mA g?1，40次循環(huán)后，復(fù)合材料的可逆放電容量要比純SnO2微球的放電容量（375 mAh g?1）高190 mAh g-1。
　　實驗研究表明，納米材料的形貌特征直接影響鋰離子電池的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在SnO2與石墨烯的質(zhì)量比均為6.5