Zn-,2-SnO-,4-和ZnFe-,2-O-,4-的制備及其嵌鋰電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于其具有能量密度大、電壓高、自放電小、比容量大、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、環(huán)境無污染等特點，而被廣泛應(yīng)用于便攜式電器和電動汽車等。鋰離子二次電池的蓄電能力在很大程度上取決于電極材料的選取，尤其是負(fù)極材料的選取。目前商品化鋰離子電池負(fù)極材料大多采用各種碳材料，如石墨、焦炭等。相對于金屬鋰而言，盡管碳材料在安全性能、循環(huán)性能等方面有了很大改進(jìn)，但由于碳材料的嵌鋰電位接近于金屬鋰，在電池過充電時，仍然會有部分鋰離子在負(fù)極表面沉積而形

2、成鋰枝晶，存在安全隱患。另一方面，由于碳材料在首次充放電時，會形成固體電解質(zhì)中間相(Solid Electrolyte Interface Film，簡稱SEI膜)，導(dǎo)致較大不可逆容量損失，而且SEI膜的產(chǎn)生增加了電極/電解液界面阻抗，不利于Li+的可逆嵌入和脫出。
　　 現(xiàn)有的商業(yè)負(fù)極材料已達(dá)到了性能的極限，并且現(xiàn)有的碳負(fù)極材料存在的缺點和不足，新材料技術(shù)的突破成為新一代可充電鋰離子電池研制的迫切任務(wù)。尋找安全性能好、比容量更

3、高、循環(huán)壽命更長的新型負(fù)極材料，已成為鋰離子電池研究的焦點。錫基材料，如Zn2SnO4、ZnSnO3、CaSnO3、Ca2SnO4和Mg2SnO4等，在相對廉價和不污染環(huán)境的基礎(chǔ)上，具有不同形貌和晶體結(jié)構(gòu)的鐵的二元和三元氧化物，如：納米顆粒的Fe2O3、Fe3O4、FePO4、ZnFe2O4和CoFe2O4等，作為鋰離子電池負(fù)極材料得到了廣泛研究。其中Zn2SnO4和ZnFe2O4由于具有較高的理論比容量、價格低廉、無毒等優(yōu)點，而備受青

4、睞。Zn2SnO4和ZnFe2O4的嵌鋰電位約為0.8 V和1.0V(vs.Li+/Li)，可與4 V級正極材料組成電壓為2～2.5 V的鋰離子電池，其電壓平臺高于碳電極，可以避免金屬鋰的析出而提高安全性能。
　　 近年來，Zn2SnO4和ZnFe2O4作為電化學(xué)鋰離子嵌入材料，大的比表面積有利于充放電過程中體積的變化，可以大大減少Li+的擴散深度，更有利于Li+進(jìn)行可逆嵌入和脫出，更好地釋放鋰嵌入和脫出過程中的應(yīng)力，提高循環(huán)壽

5、命，而更高的電極/電解液接觸面積則提高了充放電速率。反尖晶石結(jié)構(gòu)的Zn2SnO4和尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4電極材料，與傳統(tǒng)的負(fù)極材料相比，擁有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。由于其制備方法簡單，擁有更高的比表面積，可以提高更多的嵌鋰位置，是一種極具應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料。
　　 本文在本實驗室制備用低溫固相反應(yīng)法制備出了反尖晶石結(jié)構(gòu)的Zn2SnO4和尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4，圍繞Zn2SnO4和ZnFe2O4電極的制備及其嵌鋰電化

6、學(xué)性能主要進(jìn)行了以下幾個方面的工作：
　　 1.采用低溫固相反應(yīng)法制備出了反尖晶石結(jié)構(gòu)的Zn2SnO4和尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4，尋找出適宜的固相反應(yīng)溫度和時間，并對它們在不同熱處理溫度下產(chǎn)物形貌變化和結(jié)晶相轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，比較適宜的固相反應(yīng)時間分別為3小時和6小時，形成的Zn2SnO4在800℃、900℃熱處理時，仍具有較好的熱穩(wěn)定性，保持其形貌不變，800℃熱處理時制得的反尖晶石結(jié)構(gòu)的Zn2SnO4的電化學(xué)容量要

7、大于900℃制得樣品的容量。形成的ZnFe2O4在900℃熱處理時的充放電性能最好。
　　 2.研究了水熱法制備的ZnFe2O4的電化學(xué)性能，實驗結(jié)果表明，此蜂窩狀結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4表現(xiàn)出與以往報道的ZnFe2O4材料相比具有更大的充放電容量，更好的高倍率充放電特性和循環(huán)穩(wěn)定性。但是仍有較大的首次充放電不可逆容量。
　　 3.對用水熱法制備的ZnFe2O4和固相法制備的ZnFe2O4嵌鋰電化學(xué)性能進(jìn)行分析比較。電化學(xué)性