锂离子电池负极材料SnO2的制备及性能研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:griffinroar
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氧化锡(SnO2)负极材料相比其它负极材料而言具有理论容量高、不与溶剂共嵌入等诸多优点,因此引起了人们的广泛关注。但SnO2也具有明显的缺陷:在电池充放电过程中会形成锡-锂合金,并伴随着巨大的体积膨胀,造成电极结构发生坍塌粉化甚至脱落,使电接触变差,导致循环稳定性恶化。因此,改善SnO2材料结构形貌,以适应充放电过程中材料的体积变化,提高其作为锂离子电池负极材料的循环稳定性成为当前研究的热点。  本文分别采用水热法和沉淀法合成不同形貌结构的SnO2,并利用石墨烯与SnO2复合,制各了SnO2/石墨烯复合材料。分别采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、比表面积分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等研究了合成条件对SnO2的形貌结构的影响。利用循环伏安(CV)法、恒电流充放电以及交流阻抗测试(EIS)等研究SnO2及其复合材料的电化学性能。具体结果如下:  一、水热法制备SnOx及电化学性能研究:(1)NaOH是制备SnO和SnO2的关键因素,高浓度的NaOH有利于形成SnO;(2)溶剂中乙醇/水的比例对SnO形貌有显著影响,发现二者的比例为2∶1时形成微米级的3D花型结构;(3)水热时间和温度影响3D花型SnO的生长,发现随着反应时间的延长,花型更趋于完美;随着温度的变化,花型层数变多(4)电化学研究表明,纳米级的SnO2的电化学性能明显优于微米级的SnO。  二、草酸沉淀法制备SnO2及电化学性能:(1)反应物浓度影响SnO2的形貌,发现低浓度时形成立方状的SnO2,高浓度时形成片状结构;(2)表面活性剂CTAB和SDBS的加入对SnO2的形貌和电化学性能影响显著:相对SDBS,CTAB辅助下合成的SnO2具有较小的尺寸、较高的比表面积和孔隙结构,所得SnO2材料在0.2C(156mA g-1)的电流密度下充放电50次后容量仍维持在650 mAh·g-1,相当于SDBS的两倍;(3)CTAB的浓度对SnO2的形貌有显著影响:低浓度(第一胶束浓度与第二胶束间)合成的材料具有孔隙结构,其性能优于高浓度(大于第二胶束浓度)合成的材料。  三、复合材料的协同效应: SnO2/石墨烯的比例影响电化学性能,发现当二者的比例是5∶1时,合成的复合物具有较高的比表面积(192.38 m2/g)。在100、300、500、1000和100mA/g不同的电流密度下,循环55圈后容量保持在981.8mAh/g,是纯Sn(2(251.2mAh/g)的3.9倍,70圈后SnO2/石墨烯的容量仍保持888.1 mAh/g。这种复合材料表现出优越的电化学性能,将成为未来研究的热点。
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