鋰離子電池錫基負極材料的合成及其性能表征.pdf

1、目前，商品化的鋰離子電池負極材料主要為石墨材料，然而石墨的理論比容量僅為372 mA h g-1，難以滿足人們對電源的能量密度與日俱增的要求。因此，探索新一代的高容量長壽命的負極材料已經(jīng)成為鋰離子電池研究領(lǐng)域的熱點材料之一。其中具有較大的嵌鋰理論容量的錫基負極材料，是一種較有前景的負極材料。然而其在充放電過程中，由于鋰離子的反復脫嵌，錫的體積變化很大，造成電極材料粉化和剝落進而導致其循環(huán)性能差。如何緩解其體積膨脹，抑制活性物質(zhì)的粉化及脫

2、離以改善循環(huán)性能，一直是研究錫基負極材料的重要課題。本研究嘗試通過元素摻雜、不同碳源制備及碳包覆探索對錫基負極材料的電化學性能影響，旨在尋找提高錫基負極材料循環(huán)壽命的有效途徑。本論文的具體內(nèi)容如下：
　　1.以廉價的Zn、Fe部分取代Sn-Co-C復合材料中昂貴的Co，制得Sn-Co-M-C(M=Zn、Fe)負極材料，探討摻雜Fe、Zn對其結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。摻Fe，雖然能降低成本，但不能提高Sn-Co-C負極材料的比容量；而

3、摻Zn制得的Sn-Co-Zn-C負極材料的首次放電比容量為571 mA h g-1，45次循環(huán)后其放電比容量仍有369 mA h g-1，明顯高于未摻雜的Sn-Co-C負極材料。因此，摻Zn不僅有利于控制材料的成本同時也有助于提高電極比容量并改善其循環(huán)壽命。
　　2.以不同碳源通過氧化物碳熱還原法制備Sn-Co-C材料并探討對其結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。結(jié)果表明，與單一的碳源(蔗糖或石墨)相比，用蔗糖和石墨混合的雙碳源制備Sn-Co

4、-C材料表現(xiàn)出更好的電化學性能。究其原因，可能有以下幾個方面：(1)雙碳源制備的材料中合金粒子粒徑小于單一碳源制備的材料，這有助于提高其倍率性能；(2)雙碳源制備的材料中合金粒子的分布更均一，團聚的較少；(3)由石墨和無定形碳組成的導電網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的，有助于提高其循環(huán)性能。以有機碳源和無機碳源混合的雙碳源制備的材料具備比單一碳源更優(yōu)異的電化學性能。該方法可以拓展至其他錫基或合金材料體系。
　　3.采用葡萄糖水熱法及碳化后處理合成制備

5、從未報導過的碳包覆錫鋅氧化物/碳微球(ZTO@C/CSs)負極材料。結(jié)果表明，ZTO@C/CSs復合材料中碳含量為42%左右。與未包覆前相比，其表現(xiàn)出更優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。經(jīng)過100次循環(huán)仍保持745 mAh g?1，甚至在2000 mA g?1電流密度下其放電比容量仍有470 mA h g–1。如此高的可逆比容量、良好的循環(huán)性能及倍率性能是由納米ZTO、包覆碳層和碳微球共同作用下獲得的。雖然首次庫倫效率仍需要進一步改善，但是ZT