錫基石墨烯納米復(fù)合物在鈉離子電池負(fù)極方面的應(yīng)用.pdf

1、自索尼公司推出首款以鈷酸鋰和石墨作為正負(fù)極的商業(yè)化鋰離子電池之后，鋰離子電池成為移動(dòng)設(shè)備電源的最佳選擇。但是，考慮到鋰資源的儲(chǔ)量有限且分布不均，金屬鋰的價(jià)格會(huì)越來越高，從而影響未來的鋰電產(chǎn)業(yè)。由此，室溫鈉離子電池再次在全球吸引了眾多專家學(xué)者的目光，因?yàn)殁c的地殼豐度極高且分布廣泛。為了發(fā)展高性能鈉離子儲(chǔ)能體系，許多鋰電負(fù)極材料被嘗試應(yīng)用于鈉離子電池。然而，由于鈉離子同鋰離子相比有較大的離子半徑和較低的理論比容量，尋找合適的鈉離子電池負(fù)極材

2、料具有更大的挑戰(zhàn)性。
　　本文采用原位溶劑熱方法和氫氬氣氛高溫還原法制備了一系列錫基石墨烯納米復(fù)合物材料。在實(shí)驗(yàn)初期，石墨烯負(fù)載納米二氧化錫復(fù)合物材料（SnO2@rGO）被成功制備出來并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。之后，系統(tǒng)地研究了該復(fù)合物的電化學(xué)性能，不錯(cuò)的循環(huán)穩(wěn)定性表明石墨烯很好地抑制了二氧化錫在嵌鈉過程中的體積膨脹效應(yīng)。在上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過原位溶劑熱、冷凍干燥和煅燒三步串聯(lián)的辦法，自組裝制備了石墨烯負(fù)載錫銅納米顆粒復(fù)合物（SnC

3、u@GS）。在溶劑熱反應(yīng)中，石墨烯構(gòu)建了一個(gè)三維多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且有效地將平均直徑約70 nm的銅修飾錫納米顆粒分散在片層上。相比之下，采用相同制備方法無石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)支撐的錫銅顆粒的粒徑差異較大，粒徑分布從200 nm到4μm不等。進(jìn)一步測試了石墨烯負(fù)載納米錫銅顆粒復(fù)合物材料作為鈉離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能。數(shù)據(jù)表明復(fù)合物具有不錯(cuò)的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。SnCu@GS電極在100 mA g-1的電流密度下循環(huán)50次依然保有310 mA h

4、 g-1的可逆比容量。
　　在接下來的章節(jié)中，采用可控原位溶劑熱方法并結(jié)合熱力學(xué)還原過程制備了一種自支撐無粘結(jié)劑石墨烯包覆納米錫薄膜（Sn@GS）。氧化石墨烯，構(gòu)建石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的前驅(qū)體，還能夠替代表面活性劑防止溶劑熱中生成的納米顆粒團(tuán)聚形成二次顆粒。據(jù)此，實(shí)驗(yàn)成功制備了石墨烯片上均勻分布的直徑在10 nm的錫納米顆粒。Sn@GS薄膜，當(dāng)作為負(fù)極應(yīng)用于鈉離子電池時(shí)，展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。我們相信該方法不僅給出了一個(gè)合成Sn@GS