錫基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池因其具有體積小、重量輕、完全無記憶效應(yīng)、高能量密度、自放電流小、寬工作溫度范圍、高安全性、可大電流充放電、循環(huán)次數(shù)多、較長使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地被應(yīng)用于智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式筆記本電腦、純電動(dòng)汽車、軍事裝備及航空航天等眾多領(lǐng)域。
　　本論文合成了錫基納米材料，并將其作為鋰離子電池的負(fù)極材料，測試其電化學(xué)性能，所制備的錫基納米材料包括納米二氧化錫、碳包覆二氧化錫和氧化鎳/二氧化錫三類負(fù)極材料。以簡單水熱法分別合成納米S

2、nO2、SnO2/C復(fù)合材料和NiO-SnO2復(fù)合金屬氧化物等一系列錫基納米材料，比較其作為負(fù)極材料表現(xiàn)出的電化學(xué)性能差異。碳復(fù)合的錫基材料融合了納米材料和碳復(fù)合的優(yōu)勢，不同金屬氧化物復(fù)合材料應(yīng)用了金屬氧化物間的協(xié)同效應(yīng)，都有望滿足鋰離子電池日益發(fā)展的需要。本論文主要研究如下：
　　一、以水熱法合成純SnO2納米材料，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等性能進(jìn)行了SEM（掃描電子顯微鏡）、XRD（X-射線衍射）測試，并對(duì)其作為負(fù)極進(jìn)行了恒流

3、充放電、循環(huán)伏安（CV）、交流阻抗（EIS）等電化學(xué)性能測試。XRD測試證明，本實(shí)驗(yàn)中所制備的SnO2為四方形金紅石結(jié)構(gòu)；SEM圖表明，得到的SnO2材料是納米尺寸。循環(huán)伏安揭示了SnO2材料脫嵌鋰的過程，從而確定了反應(yīng)過程機(jī)理。
　　二、基于SnO2作為鋰離子電池負(fù)極材料存在導(dǎo)電性較差和嚴(yán)重的體積效應(yīng)的缺點(diǎn)，本論文采用一步水熱法制備了不同比例的SnO2/C復(fù)合材料，分析碳材料的引入在提升比容量和循環(huán)性能方面所起的作用。對(duì)材料的結(jié)

4、構(gòu)、物相、形貌等進(jìn)行了SEM、XRD、TG（熱重）測試，并對(duì)其作為負(fù)極進(jìn)行了恒流充放電、交流阻抗等電化學(xué)性能測試。XRD測試表明，材料中碳為無定形碳，SnO2為納米晶體；通過TGA測試確定了材料中碳的含量；SEM圖顯示，所制得的材料直徑在50到60nm之間。電化學(xué)測試結(jié)果表明，SnO2/C復(fù)合材料電極首次放電比容量為1197.5 mAh·g-1，首次庫倫效率55.11％，在50次循環(huán)之后的容量保持在190 mAh·g-1，而 SnO2材

5、料電極的首次放電比容量為940.6 mAh·g-1。碳的加入提高了納米SnO2的導(dǎo)電性，在循環(huán)過程中抑制了粒子團(tuán)聚，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。
　　三、以水熱法制備了 NiO-SnO2納米復(fù)合材料。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等進(jìn)行了SEM、TEM（透射電鏡）、XRD、TG測試，并對(duì)其作為負(fù)極進(jìn)行了恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等電化學(xué)性能測試。SEM表征顯示，該復(fù)合材料為納米材料，球形顆粒，顆粒尺寸在30～40nm。XRD結(jié)果表明，衍射峰分別

6、與NiO和SnO2相對(duì)應(yīng)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，其作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的可逆比容量和較好的循環(huán)性能。NiO與 SnO2之間的協(xié)同效應(yīng)，增加了材料的穩(wěn)定性，增強(qiáng)導(dǎo)電性，有利于鋰離子的擴(kuò)散。材料在充放電過程中會(huì)反應(yīng)生成納米尺寸的Ni單質(zhì)，使得活性物質(zhì)的表面原子增多，電化學(xué)反應(yīng)活性增強(qiáng)，并且Ni單質(zhì)本身具有較高的活性，可以與Li2O反應(yīng)，并使SnO2首周放電過程生成的Li2O可逆地轉(zhuǎn)化為Li+，負(fù)極的容量也隨之提高，從而不可逆容量降低