鋰離子電池負(fù)極材料SnO2中空球的制備及改性研究.pdf

1、我國(guó)是世界電池生產(chǎn)與消費(fèi)的第一大國(guó)，綠色二次電池是一種可循環(huán)使用的高效潔凈新能源，是綜合緩解能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)重要技術(shù)途徑，是電動(dòng)車輛、儲(chǔ)能調(diào)峰電站、不間斷電源等重大應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是當(dāng)今便攜式時(shí)代的主要工作電源?？沙潆婁囯x子電池代表一個(gè)完整的能源儲(chǔ)存技術(shù)，是現(xiàn)在最受歡迎的便攜式電子產(chǎn)品的電源。鋰離子電池由于其優(yōu)異的充放電性能和安全無(wú)公害等特點(diǎn)，發(fā)展極快，深受各國(guó)重視。因?yàn)殇囯x子電池的能量密度大，平均輸出電壓高，不污染環(huán)境，使

2、用鋰離子電池電源使電子產(chǎn)品質(zhì)量輕便化的眾多優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池已經(jīng)被廣泛用于各種類型的電子產(chǎn)品中。鋰離子電池已經(jīng)深入到生活的每個(gè)方面，小到手機(jī)、手電筒，大至卡車、游輪、魚(yú)雷都遍布著鋰離子電池的足跡。
　　目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化鋰離子電池的負(fù)極材料是碳基材料。但是碳基材料在鋰離子電池充放電過(guò)程中十分的不安全，后果嚴(yán)重的甚至?xí)C(jī)到人的生命。
　　正是由于碳基負(fù)極材料存在著的多種缺陷，新型、高效的鋰離子電池負(fù)極材料的研制才引起了人們濃厚的興

3、趣。因此，各種各樣的過(guò)渡金屬氧化物進(jìn)入人們的視野，開(kāi)始被人們用作鋰離子電池負(fù)極材料。其中二氧化錫(SnO2)作為一種綠色無(wú)毒、自然界儲(chǔ)量豐富、有較高的理論比容量的優(yōu)秀半導(dǎo)體材料，它的制備方法簡(jiǎn)單，具有較低的氧化電位，幾年來(lái)被廣泛的應(yīng)用在氣體傳感器和鋰離子電池負(fù)極材料的研究中。
　　但是由于二氧化錫在充放電循環(huán)過(guò)程中巨大的體積膨脹而導(dǎo)致的容量快速衰減，以及它本身很差的導(dǎo)電性，嚴(yán)重的制約著二氧化錫的應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)這些缺點(diǎn)，人們也采取了

4、很多措施，例如，眾所周知的方法就是設(shè)計(jì)多種多樣的二氧化錫的納米結(jié)構(gòu)，來(lái)增加二氧化錫的比表面積，比如說(shuō)納米管、納米球或者中空球，這些結(jié)構(gòu)都可以通過(guò)縮短鋰離子的擴(kuò)散距離來(lái)提高容量和循環(huán)特性。有些研究者采用第二相手段，嘗試制備出二氧化錫與石墨或者其他納米材料進(jìn)行復(fù)合。相比純相的二氧化錫材料，經(jīng)過(guò)包覆以后，材料的電化學(xué)性能有顯著的提高。也有些科學(xué)工作者把二氧化錫與一種或多種與鋰電化學(xué)活躍或不活躍的元素（如Ca、Co、Ti及Ni）進(jìn)行復(fù)合，可以有

5、效的幫助主要合金化的金屬承受部分體積變化，改善復(fù)合材料的導(dǎo)電率，從而得到更穩(wěn)定的鋰離子循環(huán)活性材料。
　　本論文研究主要圍繞以下三方面工作展開(kāi)：
　　1.探索制備二氧化錫中空球的最佳實(shí)驗(yàn)條件，并和二氧化錫顆粒進(jìn)行電化學(xué)性能對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：較大的表面積有利于樣品材料在脫嵌鋰過(guò)程中加速鋰離子的擴(kuò)散，從而提高了材料的反應(yīng)速率和電化學(xué)活性。進(jìn)一步提高了二氧化錫材料本身的儲(chǔ)鋰能力。
　　2.用水熱法Al摻雜的SnO2中空球，

6、測(cè)試材料的電化學(xué)性能。經(jīng)過(guò)一系列物理表征證明Al摻雜并未改變?cè)糞nO2的相結(jié)構(gòu)，和純SnO2相比Al摻雜的SnO2中空球循環(huán)穩(wěn)定性能有很大的提高。
　　3. Li4Ti5O12在充放電的過(guò)程當(dāng)中具有十分優(yōu)良的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但是本身的理論容量比太低。我們?cè)O(shè)計(jì)出用制備的Li4Ti5O12納米片對(duì)二氧化錫中空球進(jìn)行包覆的想法，利用Li4Ti5O12優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特性去限制在充放電過(guò)程中 SnO2的體積膨脹。結(jié)合兩種材料的優(yōu)勢(shì)，我們希望提高復(fù)