SnO2-導(dǎo)電聚合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒陣列的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著能源需求量的不斷增長(zhǎng)，太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源受到了前所未有的關(guān)注。與此同時(shí)，探索具備優(yōu)良性能的新型儲(chǔ)能設(shè)備也成為當(dāng)今世界一個(gè)熱點(diǎn)。鋰離子電池，由于其比容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充放電速率快等優(yōu)點(diǎn)，在電子設(shè)備和電動(dòng)汽車領(lǐng)域顯示出巨大的實(shí)用價(jià)值。在鋰離子電池中，電極材料既是至關(guān)重要的一部分同時(shí)也是制約鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵之一。因此，設(shè)計(jì)構(gòu)筑新型電極材料兼具現(xiàn)實(shí)價(jià)值與理論意義。二氧化錫，作為一種新型的鋰離子電池負(fù)極材料，由于其具有高容量、低成

2、本、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。然而，二氧化錫作為電極材料也存在諸如以下的一些問題：二氧化錫在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹，不僅會(huì)破壞電極材料的結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響材料的循環(huán)性能，同時(shí)體積變化導(dǎo)致 SEI膜的反復(fù)形成與破裂，消耗大量電解液中的鋰離子導(dǎo)致庫(kù)倫效率降低。另外，二氧化錫較低的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)使得電極材料難以實(shí)現(xiàn)高倍率充放電。因此，如何解決二氧化錫在充放電過程的膨脹破碎等問題，以及提高電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，以提高

3、其循環(huán)性能和倍率性能，是本文的主要任務(wù)。
　　本研究采用水熱法制備出形貌均一的二氧化錫納米棒陣列，并采用電化學(xué)沉積的方法，成功的構(gòu)筑出二氧化錫/導(dǎo)電聚合物納米棒陣列結(jié)構(gòu)，得到電化學(xué)性能更為優(yōu)異的納米棒陣列電極材料。本文采用多種測(cè)試手段對(duì)所得的二氧化錫/導(dǎo)電聚合物納米棒陣列的合成、結(jié)構(gòu)以及性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并解釋其生長(zhǎng)機(jī)理以及結(jié)構(gòu)性能相關(guān)性。主要內(nèi)容包括：⑴利用合成出的形貌均一的二氧化錫納米棒陣列，采用電化學(xué)沉積的方法成功構(gòu)筑出

4、二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒陣列，對(duì)所得樣品進(jìn)行XRD、SEM、FTIR等結(jié)構(gòu)、物相分析表征，分析所得產(chǎn)物制備參數(shù)與形貌結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并解釋其生長(zhǎng)機(jī)理。⑵對(duì)二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒陣列進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果表明在所得的兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒陣列中，二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)分支結(jié)構(gòu)顯示出相對(duì)優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率特性。在100圈循環(huán)后，依然有506 mAh/g的比容量。在20圈到100圈次容量衰減率僅有0.5

5、79％，遠(yuǎn)低于二氧化錫/聚苯胺納米片分級(jí)結(jié)構(gòu)（1.150%）以及二氧化錫納米棒陣列結(jié)構(gòu)（1.151%）。這一性能優(yōu)異得益于二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)良好的機(jī)械完整性以及三維的電子傳到特性。⑶采用恒流計(jì)時(shí)法沉積聚吡咯薄膜，分別成功構(gòu)筑出二氧化錫/聚吡咯同軸結(jié)構(gòu)以及二氧化錫/聚吡咯薄膜狀結(jié)構(gòu)。利用聚吡咯較高的導(dǎo)電率以及離子滲透率，提高其倍率性能以及循環(huán)性能。對(duì)其進(jìn)行TEM, FTIR, EDS等形貌、物相表征，分析所得產(chǎn)物物相和形貌之間的關(guān)系

6、，并解釋其改性機(jī)理。⑷采用恒流充放電法，交流阻抗等測(cè)試方法對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行電化學(xué)性能表征，發(fā)現(xiàn)二氧化錫/聚吡咯薄膜狀結(jié)構(gòu)的電化學(xué)相性能相比于二氧化錫/聚吡咯同軸結(jié)構(gòu)以及未包覆的二氧化錫在循環(huán)性能和倍率性能上都有很大的提高。在200mA/g的電流密度下，經(jīng)過300次循環(huán)后其比容量為683mAh/g，其在20圈到第300圈時(shí)的次容量衰減率僅為0.097%，遠(yuǎn)低于二氧化錫/聚吡咯同軸結(jié)構(gòu)0.627%以及二氧化錫納米棒陣列結(jié)構(gòu)（3.14%）。其優(yōu)