TiO-,2-、SnO-,2-中空球的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池是90年代后投放市場的新一代綠色環(huán)保電池，它因?yàn)楣ぷ麟妷焊?、比能量大、循環(huán)壽命長、自放電功率小、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于便攜式電器以及電動車中。而鋰離子電池負(fù)極材料是制約其整體性能的關(guān)鍵因素之一。最早商品化的鋰離子電池所采用的負(fù)極材料幾乎都是碳/石墨材料，但由于碳的電極電位與鋰的電位很接近，當(dāng)電池過充電時，會有部分鋰離子在碳電極表面沉積，形成鋰枝晶而引發(fā)安全性問題。另一方面，由于碳/石墨第一次充放電時，會在碳表面

2、形成固體電解質(zhì)中間相(Solid Electrolyte Interface Film，簡稱SEI膜)，造成較大的不可逆容量損失，并且SEI膜的產(chǎn)生增加了電極/電解液界面阻抗，不利于Li+的可逆嵌入和脫出。 現(xiàn)有的商業(yè)負(fù)極材料已達(dá)到了性能的極限，并且現(xiàn)有的碳負(fù)極材料存在著缺點(diǎn)和不足，新材料技術(shù)的突破成為新一代鋰離子電池研制的迫切任務(wù)。尋找安全性能更好、比容量更高、循環(huán)壽命更長的新型負(fù)極材料，已成為鋰離子電池研究的焦點(diǎn)。

3、過渡金屬氧化物，如WO3、MoO3、V2O5、NiO和TiO2等，作為鋰離子電池負(fù)極材料得到了廣泛研究。其中，TiO2由于具有較高的理論比容量(335 mAb·g-1)、價格低廉、無毒、無污染等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。TiO2的嵌鋰電位約為1.8 V(vs．Li+/Li)，可與4V正極材料組成電壓為2～2.5 V的鋰離子電池，其電壓平臺高于碳電極，可以避免金屬鋰的析出而提高安全性能。SnO2由于具有較高的儲鋰容量(781 mAhg-1)和較低的

4、電壓平臺(低于0.5 V vs Li+/Li)，是一種極具有前景的鋰離子電池負(fù)極材料。 一種提高鋰離子電池性能的有效方法是增大活性材料與電解液的接觸面積，使鋰離子更加有效的插入/脫出。為了達(dá)到這個目的，將活性材料制備成中空球形狀是一種行之有效的方法。通常人們采用Sol-Gel法、水熱法、模板法等方法制備金屬氧化物中空球。在上述方法中，最常用的方法是用由葡萄糖或蔗糖通過水熱處理制備出來的碳球做模板制備金屬氧化物中空球。用水熱法制備

5、的碳球表面存在-OH和-C=O鍵，使碳球表面不需要其它修飾就可以很好的吸附金屬離子。各種形貌的TiO2和SnO2，如納米棒、納米顆粒、納米管、納米薄膜等，它們的電化學(xué)性能都有人研究過。然而，TiO2和SnO2中空球的電化學(xué)性能尚未見報道。 我們用碳球?yàn)槟０宄晒Φ刂苽涑隽薚iO2和SnO2中空球，并測試了其物理性能和電化學(xué)性能，主要完成了以下幾個方面的工作： 1.采用水熱法制備出碳球模板，然后采用溶膠-凝膠法制備出TiO2

6、和SnO2金屬氧化物中空球，并對它們在加入不同碳球粒徑和不同碳球濃度情況下產(chǎn)物形貌變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：制備出的金屬氧化物的粒徑隨碳球粒徑的增加而增大，壁厚隨碳球濃度的增加而變薄。 2.研究了模板法制備的TiO2中空球的電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：此TiO2中空球表現(xiàn)出較高的首次放電容量和較好的循環(huán)性能，但是仍有較大的首次充放電不可逆容量，比容量也有待提高。 3.研究了模板法制備的SnO2中空球的電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表