水熱法制備錫基復(fù)合材料及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著用電設(shè)備尤其是以電動汽車為代表的要求的提高,以石墨為負極材料的商業(yè)化鋰離子電池已無法滿足要求。錫基負極材料因為高的比容量,良好的導(dǎo)電性和特殊的充放電曲線已成為廣泛研究的合金陽極之一。本文通過化學(xué)還原法-水熱法和一步水熱法分別制備出碳包覆納米錫和石榴型SnO2@C復(fù)合陽極。通過物理化學(xué)方法和電化學(xué)手段對制備的復(fù)合陽極材料進行相應(yīng)的表征,提出其在制備過程中的可控因素,同時對循環(huán)過程中的容量衰減機理進行相應(yīng)的論證。
　　通過水熱法在

2、納米Sn表面包覆一層非晶態(tài)熱解碳形成碳包覆納米Sn結(jié)構(gòu)。對水熱條件和后續(xù)的電極制備工藝進行相應(yīng)的優(yōu)化?？芍畛浔葹?0％,葡萄糖加入量為2.0g時制得的Sn@C電化學(xué)性能最好。當充放電電流為200mA/g時,100個循環(huán)之后可逆脫嵌鋰容量為480mAh/g,容量保持率為60%,當充放電的電流值增大到1000mA/g,可逆容量仍然能維持404.86mAh/g。相對于納米Sn而言電化學(xué)性能有顯著的改善。這主要是因為外層碳層在鋰和錫形成合金的

3、過程中能有效的緩沖體積膨脹,維持了電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在電極制備工藝優(yōu)化過程中,使用碳納米管作為導(dǎo)電劑和原有乙炔黑相比沒有明顯的改善,這主要是錫基負極材料本身的導(dǎo)電性較好,以致碳納米管本身的特性不能得以發(fā)揮。通過對納米Sn和Sn@C復(fù)合材料的電化學(xué)性能表征,可知納米Sn在循環(huán)過程中一直都處于嚴重的衰減狀態(tài),這主要是納米Sn的粉化脫落造成的,經(jīng)過碳包覆的納米Sn,在循環(huán)過程中富鋰態(tài)的可逆容量在不斷衰減,而貧鋰態(tài)的可逆容量衰減非常緩慢,這

4、說明Sn@C復(fù)合材料在后續(xù)的循環(huán)過程中容量的維持主要來自貧鋰態(tài)可逆容量。
　　一步水熱法制備的石榴型SnO2@C復(fù)合材料,納米級的SnO2均勻分散在非晶態(tài)的碳球中,在碳球的表面還包覆一層10nm左右的碳層。當尿素加入量為0.2g時制得的SnO2@C復(fù)合材料電化學(xué)性能最佳,當充放電截止電壓為1.5V,電流密度為200mA/g時,100個循環(huán)后的可逆比容量為360.7mAh/g,容量保持率為67.5%。充放電截止電壓增加到2.5V時,

5、首次脫鋰容量為1035.6mAh/g,首次庫侖效率為64.7%,130個循環(huán)之后的脫鋰容量為751mAh/g,容量保持率為72.6%。即使電流密度增大到1000mA/g,可逆容量為600mAh/g以上。電化學(xué)性能的優(yōu)越得益于特殊的結(jié)構(gòu),石榴型SnO2@C復(fù)合材料在循環(huán)的過程中,分布在納米SnO2周圍的碳能緩沖體積膨脹,并能在一定程度上阻止納米Sn的團聚長大。其次,當截止電壓增加時,Li2O的可逆性增強,Li2O在脫鋰后形成的O會和納米S