二氧化錫基鋰離子電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池(LIBs)由于其能量高、倍率性能優(yōu)越、環(huán)保和成本低在便攜式電子設(shè)備電源應(yīng)用領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。然而，商用石墨負(fù)極材料有限的理論容量(372mAhg-1)大大限制了高容量、高循環(huán)性能鋰離子電池的發(fā)展。最近幾年，二氧化錫(SnO2)基負(fù)極材料由于其高的理論比容量（可達(dá)石墨材料的2-3倍），吸引了大量科研工作者的關(guān)注。本文通過SnO2與碳凝膠、介孔碳等碳基體復(fù)合、設(shè)計(jì)中空結(jié)構(gòu)等方法緩解SnO2材料在充放電過程中的體積變化，同時(shí)，

2、采用與碳材料的復(fù)合及陽離子Mo6+的摻雜改善SnO2材料的導(dǎo)電性，從而改善SnO2負(fù)極材料的電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.通過簡(jiǎn)便的滲透法將二氧化錫納米顆粒嵌入有序介孔碳基體合成了SnO2@OMC復(fù)合材料。復(fù)合材料中SnO2的含量通過調(diào)整OMC和SnCl2·2H2O的摩爾比進(jìn)行優(yōu)化。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)SnO2的含量為20at％時(shí)，復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能最優(yōu)，在100mAg-1的電流密度下，60次循環(huán)后其可逆容量仍可達(dá)76

3、9mAhg-1以上，與OMC(527mAhg-1)和純SnO2(319mAhg-1)材料相比性能得到顯著提高;即使在電流密度高達(dá)1600mAg-1時(shí)，仍然可以保持440mAhg-1的穩(wěn)定可逆比容量，大約是純OMC(135mAhg-1)的3倍和純SnO2納米顆粒(14mAhg-1)的30倍。SnO2@OMC復(fù)合材料電化學(xué)性能的改善與其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，主要?dú)w因于OMC導(dǎo)電性好、比表面積大和氧化物容量高、電化學(xué)活性高的優(yōu)點(diǎn)。
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4、.采用滲透法合成了二氧化錫納米顆粒均勻分散于碳凝膠(CA)基體的SnO2@CA復(fù)合材料。以SnCl2·2H2O為錫源，以CA為碳源，制備了兩種不同SnO2含量的SnO2@CA復(fù)合材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，在100mAg-1的電流密度下，60次循環(huán)后，10SnO2@CA和20SnO2@CA的放電比容量分別為689和580mAhg-1，相比CA和純SnO2都有明顯的改善。SnO2@CA復(fù)合材料的電化學(xué)性能的顯著提高主要?dú)w因于CA和SnO2之

5、間的協(xié)同作用，碳凝膠基體為納米顆粒的體積變化提供了一個(gè)物理緩沖層（緩沖效應(yīng)），并且提高了材料的導(dǎo)電性;SnO2納米粒子嵌入碳凝膠基體，可以提高復(fù)合材料的比容量，同時(shí)減少了CA自身的活性點(diǎn)，從而提高了復(fù)合材料的首次庫侖效率和可逆比容量。
　　3.以SiO2球?yàn)槟０?，SnCl2·2H2O為錫源，鉬酸銨為鉬源，通過控制錫源和鉬源的比例，采用簡(jiǎn)便的滲透法合成了形貌可控的不同鉬摻雜量的空心球結(jié)構(gòu)的二氧化錫(MTO)材料。制備的MTO樣品的尺

6、寸為300nm左右，與SiO2球的尺寸一致，Mo取代SnO2晶格中Sn4+的位置，實(shí)現(xiàn)了Mo對(duì)SnO2的均質(zhì)摻雜。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明Mo摻雜量為14at％時(shí)的SnO2空心球材料(MTO-1)具有最優(yōu)的儲(chǔ)鋰性能。在100mAg-1的電流密度下，經(jīng)過60次循環(huán)后，仍能保留高達(dá)798mAhg-1的可逆容量，約是未摻雜的樣品的1.66倍。此外，即使在電流密度高達(dá)1600mAg-1時(shí)，仍可保留530mAhg-1的放電比容量，展現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能。