鋰離子電池負(fù)極材料錫基復(fù)合氧化物的制備及性能研究.pdf

1、作為鋰離子電池的重要組成部分,鋰離子電池負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)日益受到重視。錫基負(fù)極材料以其較高的理論比容量、環(huán)境友好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此,它的研發(fā)具有重要的科研與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。錫基負(fù)極材料在脫/嵌鋰過(guò)程中巨大的體積變化會(huì)導(dǎo)致電極活物質(zhì)的粉化脫落,從而嚴(yán)重影響了該類負(fù)極材料的使用。本研究通過(guò)制備錫基復(fù)合材料或者制備納米級(jí)錫基材料來(lái)緩解電極粉化問(wèn)題。主要是采用經(jīng)濟(jì)型的、易批量化生產(chǎn)的熔鹽分解方法制備了SnO2納米顆粒與SnO2/B2O3核殼納米

2、材料。通過(guò)簡(jiǎn)易的原位還原法制備了SnO2/rGO納米復(fù)合材料,改善了SnO2材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。均勻沉淀法制備的SnO2/rGO/Fe2O3與水解法制備的SnO2/rGO/Cu2O三元復(fù)合材料減少SnO2在石墨烯上的聚集集程度,進(jìn)一步提高了材料的循環(huán)性能。研究中采用SEM,HRTEM,FT-IR,TG,XPS,Raman等測(cè)試方法對(duì)制備的材料進(jìn)行了表征,通過(guò)CV測(cè)試、EIS測(cè)試,及恒電流充放電測(cè)試等方法,系統(tǒng)考察了上述材料作為鋰離子電池

3、負(fù)極材料的電化學(xué)性能,并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析,探討了相關(guān)機(jī)理。
　　在熔鹽分解法制備SnO2納米顆粒與SnO2/B2O3納米復(fù)合材料的過(guò)程中,借助超硬B2O3“殼”對(duì)電極粉化問(wèn)題的抑制作用,SnO2/B2O3納米復(fù)合材料電極的循環(huán)壽命得到大幅延長(zhǎng)。100次循環(huán)后,SnO2/B2O3復(fù)合材料容量仍可以維持在543mAh·g-1。通過(guò)對(duì)制備工藝的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度對(duì)提高SnO2納米顆粒的脫鋰容量具有重要影響,而對(duì)于SnO2/B2O

4、3納米復(fù)合材料影響不大。過(guò)多或過(guò)少的B2O3加入量都不利于獲得較高的脫鋰容量。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),石墨烯的添加會(huì)影響到SnO2/B2O3納米復(fù)合材料的脫鋰容量,但提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。CV測(cè)試中發(fā)現(xiàn),在SnO2納米顆粒與SnO2/B2O3納米復(fù)合材料電極中都存在著Li2O的部分可逆分解反應(yīng),并推測(cè)是由于電化學(xué)還原過(guò)程中生成的納米錫晶簇催化分解了Li2O。
　　在亞錫離子原位還原法制備SnO2/rGO納米復(fù)合材料的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)溫度和亞錫離

5、子添加量都可以顯著加速總體反應(yīng)速度,但也會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)物中剩余含氧基團(tuán)數(shù)量的增加。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),在酸性環(huán)境和一定的溫度下,亞錫離子在GO含氧基團(tuán)的去除過(guò)程中主要是促進(jìn)了GO鎓離子的開(kāi)環(huán),加速了速控步驟反應(yīng)速率,從而實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧基團(tuán)的快速消除。同時(shí),借助rGO對(duì)SnO2納米顆粒的分隔與導(dǎo)電性的提高,SnO2/rGO納米復(fù)合材料電化學(xué)性能得以顯著提升,400mA·g?1大電流密度下,300次循環(huán)后脫鋰容量仍維持在450mAh·g-1左右。

6、　　在SnO2/Fe2O3/rGO與SnO2/Cu2O/rGO三元復(fù)合材料中,由于Fe2O3與Cu2O的脫/嵌鋰電位與SnO2電壓區(qū)間上的不同,使復(fù)合材料中各組分在電化學(xué)過(guò)程中可以彼此互為“非活性成分”,從而實(shí)現(xiàn)SnO2/Fe2O3/rGO與SnO2/Cu2O/rGO三元復(fù)合材料材料各顆粒間的相互隔離,減少了SnO2納米顆粒的團(tuán)聚,緩解電極粉化問(wèn)題。SnO2在1.2V處的“部分可逆反應(yīng)”也為緩解過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料的“電壓滯后”問(wèn)題提