錫基氧化物負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、能源是人類生存和發(fā)展必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今社會以及未來人類重要的支柱產(chǎn)業(yè)。鋰離子電池因其能量密度高、輸出功率大、循環(huán)性能好等優(yōu)異性能得到廣大商業(yè)人士的親睞。然而傳統(tǒng)的碳負(fù)極材料比容量較低，難以滿足鋰離子電池作為大型動力電池的要求。SnO2作為電池負(fù)極材料具有理論容量大、資源豐富、嵌入電位低等優(yōu)點。但是合金化反應(yīng)導(dǎo)致其在脫/嵌鋰過程中的Sn金屬團聚和劇烈的體積膨脹嚴(yán)重影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性，成為人們亟待解決的問題。針對這些問題文獻提出

2、了三種常見解決方案:負(fù)極材料納米化、結(jié)構(gòu)特殊化和制備非活性材料包覆/摻雜的復(fù)合材料。本課題將這三種方案相綜合，制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的納米SnO2，然后將其與經(jīng)過酸處理的MWCNTs相復(fù)合，來改善SnO2負(fù)極材料的電化學(xué)性能，對鋰離子電池發(fā)展具有重要的研究意義。具體工作如下:
　　1、分別以三嵌段共聚物F127和聚乙二醇PEG-20000為模板劑，采用水熱法和直接沉淀法制備納米介孔SnO2，考察了不同模板劑對材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影

3、響。通過XRD、TEM、氮氣脫吸附等測試對材料形貌和孔結(jié)構(gòu)進行表征;通過恒電流充放電、循環(huán)伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等測試研究材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:
　　(1)采用PEG和F127為模板劑均能制備出具有介孔結(jié)構(gòu)的納米SnO2。以F127為模板劑采用水熱法制備的樣品顆粒尺寸較小，分散均勻;比表面積較大，約為128 m2/g，孔徑分布較為寬泛，約為2-9 nm;具有更好的電化學(xué)性能，樣品6F-SnO2首次可逆容量可達609

4、 mAh/g，30次循環(huán)后容量仍能保持在434 mAh/g。
　　(2)以具有介孔結(jié)構(gòu)的納米SnO2材料作為鋰電負(fù)極材料，可以有效緩沖SnO2負(fù)極在脫/嵌鋰過程中的體積膨脹，充放電循環(huán)穩(wěn)定性顯著提高;介孔結(jié)構(gòu)的存在還可以有效抑制SnO2顆粒的團聚，提高其電化學(xué)性能;較小的晶粒尺寸可以縮短Li+的脫/嵌路程，提高材料的倍率性能。
　　2、以不同溫度酸處理多壁碳納米管(MWCNTs)為碳基體，將碳管分散在錫鹽前驅(qū)體溶液中，按照上

5、述方法制備出納米介孔SnO2包覆MWCNTs復(fù)合材料，得出結(jié)論如下:
　　(1)酸化處理的溫度影響碳管表面含氧官能團的含量，從而影響了SnO2在碳管表面的附著能力。酸化溫度越高，表面含氧官能團越多，SnO2負(fù)載量越大，但碳管的導(dǎo)電性降低，材料的容量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)酸化處理溫度為120℃時，復(fù)合材料表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，經(jīng)過50次循環(huán)容量保持為400mAh/g。
　　(2)多壁碳納米管的添加有利于緩解介孔SnO2在