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

1、隨著能源危機(jī)日益臨近，新能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為科學(xué)研究的主題之一。鋰離子電池作為一種重要的化學(xué)電池，在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)以及便攜式小型電器中都有廣泛應(yīng)用。氧化錫負(fù)極的理論容量高達(dá)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(fù)極材料具有很大的研究和應(yīng)用價(jià)值，但其循環(huán)穩(wěn)定性較差。與此同時(shí)，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(fù)極材料這一課題進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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?yàn)樵谘h(huán)過程中，SnO2的晶體結(jié)構(gòu)有高達(dá)259％的體積變化。這種膨脹與收縮容易引起錫微粒的團(tuán)聚，會直接導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的快速下降，從而導(dǎo)致金屬錫結(jié)構(gòu)崩潰。根據(jù)TiO2脫嵌鋰可逆性

3、高的特點(diǎn)，本文在實(shí)驗(yàn)中將Ti元素?fù)诫s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(hù)電極材料的機(jī)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(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了研究，從而證實(shí)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(shí)SnxTi1-xO2固溶體的儲鋰機(jī)理與SnO2電極相同。同時(shí)在不

4、同溫度對SnxTi1-xO2固溶體進(jìn)行了熱處理，進(jìn)而研究結(jié)晶性對電極容量及循環(huán)性的影響。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)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