鋰離子電池用SnO2及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、能源危機(jī)與環(huán)境問題促使人們不斷尋找可替代化石能源的新能源結(jié)構(gòu)和設(shè)備。鋰離子電池作為有效的儲(chǔ)能設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種小型便攜式電子產(chǎn)品以及電動(dòng)自行車等，新一代電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力汽車(HEV)的商業(yè)化開發(fā)，對(duì)鋰離子電池的能量密度及性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的碳系負(fù)極材料在比容量、安全性等方面都己經(jīng)不能很好地滿足新領(lǐng)域應(yīng)用的需要，因此研發(fā)新型非碳負(fù)極材料具有極為重要的意義。
　　 二氧化錫(SnO2)作為可替代石墨負(fù)極的鋰離子

2、電池負(fù)極材料，具有質(zhì)量比容量和體積比容量上的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在材料在嵌脫鋰過程中體積膨脹嚴(yán)重、循環(huán)壽命短以及首圈容量損失嚴(yán)重等問題。本課題從SnO2材料的納米化和如何均勻分散納米化的SnO2材料兩方面入手，通過水熱合成法、固相合成法制備納米SnO2顆粒，并與碳?xì)饽z、石墨烯材料進(jìn)行復(fù)合，以改善SnO2電化學(xué)穩(wěn)定性。主要內(nèi)容如下：
　　 1．采用水熱合成法與固相合成法制備了納米SnO2材料，通過XRD、SEM表征和恒流充放電測(cè)試等

3、方法，評(píng)價(jià)它們的電化學(xué)性能。討論了材料尺度對(duì)其電化學(xué)性能的影響。
　　 2．采用真空浸漬法和普通混合法制備SnO2/碳?xì)饽z復(fù)合材料，考察SnO2納米材料在碳?xì)饽z三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)外的分布情況對(duì)材料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，納米化的SnO2填埋在碳?xì)饽z的孔道中，利用碳?xì)饽z作為一個(gè)剛性骨架來緩沖它充放電過程中的體積膨脹，比SnO2附著于碳?xì)饽z的網(wǎng)絡(luò)骨架表面，更有利于維持材料的整體循環(huán)穩(wěn)定性。
　　 3．采用常溫合成法與水熱

4、合成法制備SnO2/GNS復(fù)合材料，改變不同錫鹽原料水熱合成制備SnO2/GNS復(fù)合材料，優(yōu)化了制備條件。用TG/DTA、XRD、SEM和TEM等測(cè)試手段對(duì)材料進(jìn)行了表征，評(píng)價(jià)這些材料的電化學(xué)性能。通過水熱合成法制備了夾層狀的SnO2/GNS復(fù)合材料，這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料的循環(huán)性能和倍率性能優(yōu)秀，SnO2的利用率高。
　　 4．首次提出利用草酸亞錫與溶劑乙二醇的低聚反應(yīng)原位合成SnO2/GNS復(fù)合材料，并且與水熱合成法制備的SnO

5、2/GNS復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了比較。該合成方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，適合大量制備GNS復(fù)合材料。
　　 5．SnO2由于其嵌脫鋰機(jī)理中存在不可逆的嵌鋰過程，在充放電的過程中首圈不可逆容量損失嚴(yán)重，并且在循環(huán)過程中體積膨脹嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致材料循環(huán)衰減。研究表明，將SnO2與GNS復(fù)合能有效地提高SnO2材料的電化學(xué)性能；GNS能夠穩(wěn)定和維持充放電過程中復(fù)合材料的整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)抑制和緩沖SnO2的體積膨脹，提高SnO2+4Li→2Li