鋰電池負(fù)極材料二氧化錫的性能改良與機(jī)理研究.pdf

1、目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料通常為碳系材料，如石墨，中間相碳微球等。它們的比容量較低，而且結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，經(jīng)不起大電流充放電。所以雖然現(xiàn)階段的鋰離子電池已經(jīng)基本滿足便攜小型設(shè)備的需要，但電動車所需的大型動力鋰離子電池所用材料仍需我們科研人員改進(jìn)和研發(fā)。
　　二氧化錫(SnO2)屬于金屬氧化物，相對于石墨(372mAh/g)擁有二倍多的比容量(782mAh/g)，是一種有潛力取代石墨的動力鋰離子電池負(fù)極材料，但金屬氧化物作為鋰離子電

2、池負(fù)極材料都有一個(gè)共同的缺陷:循環(huán)性能較差。而造成金屬氧化物材料循環(huán)壽命短的原因就是它在充放電過程中會產(chǎn)生劇烈的體積變化（充滿電時(shí)膨脹300％），反復(fù)的體積劇烈變化會造成活性材料粉化并與導(dǎo)電基底脫離，晶體結(jié)構(gòu)破壞等嚴(yán)重后果，而在大電流充放電的狀態(tài)，這種崩潰將會更快發(fā)生?？朔饘傺趸矬w積膨脹帶來的災(zāi)難性后果是目前科學(xué)研究者研究的重點(diǎn)。并且，金屬氧化物本身的電導(dǎo)率不高，這也影響了它的高倍率充放電性能。人們嘗試了很多方法來改善這些缺點(diǎn)，如制

3、作中空的納米球形貌的SnO2，在納米級SnO2周圍包覆上一層無定形碳緩沖層，量子點(diǎn)SnO2等，納米結(jié)構(gòu)的SnO2與無定形碳緩沖層確實(shí)在一定程度上減輕了SnO2的體積膨脹效應(yīng)，并且提高了傳統(tǒng)SnO2的比表面積，縮短了鋰離子擴(kuò)散路徑，提高了電導(dǎo)率。但這些方法并未完美的解決這一問題，SnO2循環(huán)壽命仍然在50圈以內(nèi)。
　　第一章簡要介紹了當(dāng)今鋰離子電池商業(yè)以及科研上的大背景，給出了常見鋰離子電池材料的電勢排列圖以及商業(yè)鋰離子電池的工作原

4、理圖。然后針對每一種類型的最常見的電極材料的優(yōu)缺點(diǎn)，需要改進(jìn)的方向進(jìn)行了介紹。詳細(xì)解釋了電解液中兩個(gè)重要的分類:液體電解液和聚合物電解質(zhì)的區(qū)別以及聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)室最常用的液體電解液的成分和發(fā)展歷史用一張圖表展示了出來。關(guān)于鋰離子電池的粘合劑，雖然在鋰電領(lǐng)域人們常常目光都集中在電極材料的優(yōu)化或者發(fā)現(xiàn)新材料上，但實(shí)際上通過改變電極材料的粘合劑，有時(shí)能夠起到更大的提升電池性能的作用，在這里介紹了傳統(tǒng)鋰離子電池粘合劑的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)也介紹了在文獻(xiàn)中出

5、現(xiàn)的一些新興粘合劑的性能效果，可以為本文中的海藻酸鈉性能效果作比較以及鋪墊。
　　第二章介紹扣式鋰離子電池的組成部分，詳細(xì)說明了實(shí)驗(yàn)室工作電極的制作方法，扣式鋰離子電池的組裝方法，并制作了以石墨為負(fù)極的扣式鋰離子電池，討論制作性能最佳扣式電池的工藝手法。
　　第三章用一步水熱法合成了SnO2@C復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米材料，對材料進(jìn)行了SEM，TEM，拉曼光譜，熱重分析等充分的表征，結(jié)果確定SnO2@C微觀結(jié)構(gòu)是由質(zhì)量含量33％的無定

6、形碳包覆的20納米SnO2小顆粒結(jié)構(gòu)。將SnO2@C用450℃退火4小時(shí)之后可以清晰的看到SnO2納米小顆粒。SnO2@C作為活性材料制作成鋰離子扣式電池測試性能，通過恒電流充放電，循環(huán)伏安法，交流阻抗譜圖等，我們可以看到本文中一步水熱法制作的SnO2@C的性能類似于其他文獻(xiàn)中的SnO2@C類材料（50圈之后剩余約250 mAh/g）。然而在改用海藻酸鈉作為電極材料粘合劑之后，SnO2@C展現(xiàn)出了令人振奮的性能提升，不僅首圈放電容量達(dá)到