鋰離子電池錫基負(fù)極材料的合成及其性能表征.pdf

1、目前，商品化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨材料，然而石墨的理論比容量?jī)H為372 mA h g-1，難以滿足人們對(duì)電源的能量密度與日俱增的要求。因此，探索新一代的高容量長(zhǎng)壽命的負(fù)極材料已經(jīng)成為鋰離子電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)材料之一。其中具有較大的嵌鋰?yán)碚撊萘康腻a基負(fù)極材料，是一種較有前景的負(fù)極材料。然而其在充放電過(guò)程中，由于鋰離子的反復(fù)脫嵌，錫的體積變化很大，造成電極材料粉化和剝落進(jìn)而導(dǎo)致其循環(huán)性能差。如何緩解其體積膨脹，抑制活性物質(zhì)的粉化及脫

2、離以改善循環(huán)性能，一直是研究錫基負(fù)極材料的重要課題。本研究嘗試通過(guò)元素?fù)诫s、不同碳源制備及碳包覆探索對(duì)錫基負(fù)極材料的電化學(xué)性能影響，旨在尋找提高錫基負(fù)極材料循環(huán)壽命的有效途徑。本論文的具體內(nèi)容如下：
　　1.以廉價(jià)的Zn、Fe部分取代Sn-Co-C復(fù)合材料中昂貴的Co，制得Sn-Co-M-C(M=Zn、Fe)負(fù)極材料，探討摻雜Fe、Zn對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。摻Fe，雖然能降低成本，但不能提高Sn-Co-C負(fù)極材料的比容量；而

3、摻Zn制得的Sn-Co-Zn-C負(fù)極材料的首次放電比容量為571 mA h g-1，45次循環(huán)后其放電比容量仍有369 mA h g-1，明顯高于未摻雜的Sn-Co-C負(fù)極材料。因此，摻Zn不僅有利于控制材料的成本同時(shí)也有助于提高電極比容量并改善其循環(huán)壽命。
　　2.以不同碳源通過(guò)氧化物碳熱還原法制備Sn-Co-C材料并探討對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，與單一的碳源(蔗糖或石墨)相比，用蔗糖和石墨混合的雙碳源制備Sn-Co

4、-C材料表現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能。究其原因，可能有以下幾個(gè)方面：(1)雙碳源制備的材料中合金粒子粒徑小于單一碳源制備的材料，這有助于提高其倍率性能；(2)雙碳源制備的材料中合金粒子的分布更均一，團(tuán)聚的較少；(3)由石墨和無(wú)定形碳組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的，有助于提高其循環(huán)性能。以有機(jī)碳源和無(wú)機(jī)碳源混合的雙碳源制備的材料具備比單一碳源更優(yōu)異的電化學(xué)性能。該方法可以拓展至其他錫基或合金材料體系。
　　3.采用葡萄糖水熱法及碳化后處理合成制備

5、從未報(bào)導(dǎo)過(guò)的碳包覆錫鋅氧化物/碳微球(ZTO@C/CSs)負(fù)極材料。結(jié)果表明，ZTO@C/CSs復(fù)合材料中碳含量為42%左右。與未包覆前相比，其表現(xiàn)出更優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。經(jīng)過(guò)100次循環(huán)仍保持745 mAh g?1，甚至在2000 mA g?1電流密度下其放電比容量仍有470 mA h g–1。如此高的可逆比容量、良好的循環(huán)性能及倍率性能是由納米ZTO、包覆碳層和碳微球共同作用下獲得的。雖然首次庫(kù)倫效率仍需要進(jìn)一步改善，但是ZT