钴基和锡基氧化物的制备及其作为锂离子电池负极材料的研究

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锂离子电池具有电压高,体积小,无环境污染,和电池容量大等优点。广泛应用于电动汽车、各种便携式电子设备以及航天航空器件等方面。市场上大部分的负极材料为碳基材料,但是它的电池性能已达到372 mAhg-1的理论比容量极限。研究发现,过渡金属氧化物负极材料钴的理论比容量达到890 mAhg-1,而锡基材料氧化物更是达到790 mAhg-1,成为现在研究的热点。但是负极材料在充放电过程中伴随大的体积变化,引起材料结构的粉碎,致使容量迅速衰减,表现出较差的循环性能。所以在获得高容量的同时,如何提高负极材料的循环稳定性,是现在材料的研究重点。  本研究主要内容包括:⑴研究了多孔结构的Co3O4纳米材料对电池循环性能的研究,采用水热法和随后的热处理制得具有多孔结构的Co3O4,在高电流密度1 Ag-1电流密度下,200次循环后500℃处理得到Co3O4比容量仍有897 mAhg-1,高于理论比容量(890 mAhg-1)显示了良好的循环性能。而800℃处理的材料,相同电流密度,200次循环后,比容量仅为195mAhg-1。⑵研究了N掺杂C对锂离子电池循环性能的影响。通过常温制得前驱体MOFs和随后的两步热处理得到空心结构的N-C/Co3O4。将N-C/Co3O4和Co3O4材料分别组装成电池。制备的空心球结构的N-C/Co3O4纳米材料,在1 Ag-1电流密度下,首次放电比容量为1573 mAhg-1,150次循环后比容量还有1317 mAhg-1,表现出良好的循环性能,这也许是目前报道在如此大电流下性能表现最好的材料了。而纯Co3O4材料在相同电流密度下150次循环后可逆比容量仅有884 mAhg-1。⑶采用简单水热合成方法和随后不同的热处理温度成功制备出空心球结构的SnO2和颗粒结构的SnO2,对它们电化学性能进行系统研究及比较。结果表明,热处理温度为500℃而得到空心球结构的SnO2具有比较好的循环稳定性和较高的可逆容量,首次放电比容量可达1910 mAhg-1,在电流密度500 mAg-1的条件下循环40次后实际比容量仍能保持在533mAhg-1。与之相比,800℃处理而得到具有颗粒结构的的SnO2在同样的电流密度下,40次循环后比容量只有175mAhg-1。
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