鋰離子電池負極材料錫基復合氧化物的制備及性能研究.pdf

1、作為鋰離子電池的重要組成部分,鋰離子電池負極材料的開發(fā)日益受到重視。錫基負極材料以其較高的理論比容量、環(huán)境友好、價格低廉等優(yōu)點,因此,它的研發(fā)具有重要的科研與實際應(yīng)用價值。錫基負極材料在脫/嵌鋰過程中巨大的體積變化會導致電極活物質(zhì)的粉化脫落,從而嚴重影響了該類負極材料的使用。本研究通過制備錫基復合材料或者制備納米級錫基材料來緩解電極粉化問題。主要是采用經(jīng)濟型的、易批量化生產(chǎn)的熔鹽分解方法制備了SnO2納米顆粒與SnO2/B2O3核殼納米

2、材料。通過簡易的原位還原法制備了SnO2/rGO納米復合材料,改善了SnO2材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。均勻沉淀法制備的SnO2/rGO/Fe2O3與水解法制備的SnO2/rGO/Cu2O三元復合材料減少SnO2在石墨烯上的聚集集程度,進一步提高了材料的循環(huán)性能。研究中采用SEM,HRTEM,FT-IR,TG,XPS,Raman等測試方法對制備的材料進行了表征,通過CV測試、EIS測試,及恒電流充放電測試等方法,系統(tǒng)考察了上述材料作為鋰離子電池

3、負極材料的電化學性能,并對相關(guān)實驗現(xiàn)象進行了分析,探討了相關(guān)機理。
　　在熔鹽分解法制備SnO2納米顆粒與SnO2/B2O3納米復合材料的過程中,借助超硬B2O3“殼”對電極粉化問題的抑制作用,SnO2/B2O3納米復合材料電極的循環(huán)壽命得到大幅延長。100次循環(huán)后,SnO2/B2O3復合材料容量仍可以維持在543mAh·g-1。通過對制備工藝的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度對提高SnO2納米顆粒的脫鋰容量具有重要影響,而對于SnO2/B2O

4、3納米復合材料影響不大。過多或過少的B2O3加入量都不利于獲得較高的脫鋰容量。實驗還發(fā)現(xiàn),石墨烯的添加會影響到SnO2/B2O3納米復合材料的脫鋰容量,但提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。CV測試中發(fā)現(xiàn),在SnO2納米顆粒與SnO2/B2O3納米復合材料電極中都存在著Li2O的部分可逆分解反應(yīng),并推測是由于電化學還原過程中生成的納米錫晶簇催化分解了Li2O。
　　在亞錫離子原位還原法制備SnO2/rGO納米復合材料的過程中,發(fā)現(xiàn)溫度和亞錫離

5、子添加量都可以顯著加速總體反應(yīng)速度,但也會導致最終產(chǎn)物中剩余含氧基團數(shù)量的增加。實驗還發(fā)現(xiàn),在酸性環(huán)境和一定的溫度下,亞錫離子在GO含氧基團的去除過程中主要是促進了GO鎓離子的開環(huán),加速了速控步驟反應(yīng)速率,從而實現(xiàn)了環(huán)氧基團的快速消除。同時,借助rGO對SnO2納米顆粒的分隔與導電性的提高,SnO2/rGO納米復合材料電化學性能得以顯著提升,400mA·g?1大電流密度下,300次循環(huán)后脫鋰容量仍維持在450mAh·g-1左右。

6、　　在SnO2/Fe2O3/rGO與SnO2/Cu2O/rGO三元復合材料中,由于Fe2O3與Cu2O的脫/嵌鋰電位與SnO2電壓區(qū)間上的不同,使復合材料中各組分在電化學過程中可以彼此互為“非活性成分”,從而實現(xiàn)SnO2/Fe2O3/rGO與SnO2/Cu2O/rGO三元復合材料材料各顆粒間的相互隔離,減少了SnO2納米顆粒的團聚,緩解電極粉化問題。SnO2在1.2V處的“部分可逆反應(yīng)”也為緩解過渡金屬氧化物負極材料的“電壓滯后”問題提