Sn-,x-Ti-,1-x-O-,2-固溶體鋰離子電池負極材料的研究.pdf

1、隨著能源危機日益臨近，新能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為科學研究的主題之一。鋰離子電池作為一種重要的化學電池，在手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機以及便攜式小型電器中都有廣泛應用。氧化錫負極的理論容量高達781mAh·g-1，是碳材料理論容量的2倍，作為新一代鋰離子電池的負極材料具有很大的研究和應用價值，但其循環(huán)穩(wěn)定性較差。與此同時，TiO2納米顆粒盡管可逆容量偏低，但具有很高的循環(huán)穩(wěn)定性。為此，本文對SnxTi1-xO2固溶體(錫基氧化物)作為鋰離子

2、電池的負極材料這一課題進行了深入的研究和討論。
　　 通過水熱法合成了納米級的SnO2顆粒。實驗表明，在初期SnO2顆粒具有很高的儲鋰能力，但是隨著循環(huán)的進行，容量下降迅速。經(jīng)過30次循環(huán)，容量從891mAh·g-1減小到314mAh·g-1。這是因為在循環(huán)過程中，SnO2的晶體結構有高達259％的體積變化。這種膨脹與收縮容易引起錫微粒的團聚，會直接導致晶體結構機械性能的快速下降，從而導致金屬錫結構崩潰。根據(jù)TiO2脫嵌鋰可逆性

3、高的特點，本文在實驗中將Ti元素摻雜入SnO2中，將其作為循環(huán)過程中的基體，抑制體積的膨脹，保護電極材料的機械性能和儲鋰能力。
　　 采用水熱法制備了納米級的SnxTi1-xO2固溶體氧化物。通過XRD、TEM、SEM和EDX對材料的結構和組成進行了研究，從而證實SnxTi1-xO2是以SnO2作為溶劑，Ti作為溶質(zhì)原子形成的置換型固溶體。通過循環(huán)伏安特性表征，證實SnxTi1-xO2固溶體的儲鋰機理與SnO2電極相同。同時在不

4、同溫度對SnxTi1-xO2固溶體進行了熱處理，進而研究結晶性對電極容量及循環(huán)性的影響。
　　 實驗結果表明，隨著SnxTi1-xO2固溶體中錫含量增多(x=0.34、0.43、0.6、0.73、0.76)，可逆容量增大(最大增幅500mAh·g-1左右)。熱處理溫度升高，可逆容量也增加，550℃熱處理的試樣表現(xiàn)出最高的可逆容量(根據(jù)錫含量不同，首次循環(huán)的最大容量在400～800mAh·G-1之間)，但循環(huán)效率不高。300℃熱處