SnO2-石墨烯負極材料的摻雜改性及電化學(xué)儲鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池因具有比容量高、循環(huán)壽命長、安全環(huán)保、無記憶等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。目前商用的鋰離子電池負極材料主要是石墨，而石墨的理論容量僅為372 mAh/g，遠遠不能滿足高性能鋰離子電池的要求。二氧化錫(SnO2)的理論容量為782 mAh/g，具有價格低廉、環(huán)境友好和含量豐富等優(yōu)點，是具有良好應(yīng)用前景的鋰離子電池負極材料之一。但是，導(dǎo)電能力差，且在脫/嵌鋰過程中體積變化大，容易造成電極粉碎，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性變差。石墨烯具有比表面積大、導(dǎo)電

2、性能良好以及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點。本文結(jié)合SnO2和石墨烯各自的特點，制備了SnO2/石墨烯基復(fù)合負極材料，并通過摻雜的方法對SnO2/石墨烯復(fù)合材料進行改性，進而提高復(fù)合材料的電化學(xué)儲鋰性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用油浴法制備SnO2/石墨烯復(fù)合材料，然后通過固-氣反應(yīng)對SnO2/石墨烯進行氮摻雜，同時探究其不同配比下的電化學(xué)性能，找出SnO2與石墨烯的最佳比例參數(shù)。實驗結(jié)果表明，SnO2的質(zhì)量分數(shù)占復(fù)合材料的63.08

3、 wt％時是SnO2與石墨烯的最佳配比，在0.1 A/g的電流密度下經(jīng)過50個循環(huán)后，氮摻雜的SnO2/石墨烯放電比容量仍可高達891mAh/g。其優(yōu)越的電化學(xué)性能主要是由于石墨烯可以有效的緩沖SnO2在充放電過程的體積變化，同時石墨烯上的含氮官能團與金屬氧化物存在很強的相互作用，使納米顆粒與石墨烯之間的結(jié)合更穩(wěn)定，有效的阻止了SnO2納米顆粒的團聚，提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。
　　(2)采用共沉淀法制備了鎳摻雜SnO2/石墨烯復(fù)

4、合材料，并對不同鎳摻雜量下復(fù)合材料的電化學(xué)性能進行了比較。測試結(jié)果表明，當(dāng)Sn1-xNixO2中的x取0.055時，鎳摻雜SnO2/石墨烯的電化學(xué)性能最為優(yōu)異，在0.1A/g的電流密度下第50個循環(huán)時，鎳摻雜SnO2/石墨烯的放電比容量為858mAh/g。
　　(3)采用共沉淀法制備了鐵摻雜SnO2/石墨烯復(fù)合材料，并對不同鐵摻雜量下復(fù)合材料的電化學(xué)性能進行了比較。結(jié)果表明，在Sn1-xFexO2中的x取0.1時，鐵摻雜SnO2/

5、石墨烯的循環(huán)和倍率性能最佳，在0.1A/g的電流密度下經(jīng)過100個循環(huán)，鐵摻雜SnO2/石墨烯依然擁有高達1353 mAh/g的放電容量，遠遠超過了SnO2的理論容量（782 mAh/g），在0.5A/g的電流密度下經(jīng)過100個循環(huán)時，放電比容量高達790 mAh/g。改善的儲鋰性能可歸因于鐵元素對錫與Li2O之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有顯著的催化作用以及石墨烯與鐵摻雜SnO2之間的協(xié)同作用，包括其高比表面積，更多活性位置使鋰離子更好地嵌入到晶體