锂离子电池锡基负极材料的制备及其电化学性能研究

来源 :吉林师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chlo16105
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锂离子电池由于其质量轻、能量密度大、便于携带以及对环境无污染等诸多优势,被普遍应用于手机、手提电脑以及电动汽车等领域。但当前商业化的石墨作为锂离子电池负极材料时,其较低的比容量难以满足人们对高性能锂离子电池的需求。金属锡以及锡基化合物具有高的储锂容量、制备技术成熟以及来源比较丰富的特点,是下一代高比容量锂离子电池负极材料研究的重点方向之一。但该类材料存在储锂首次效率低、体积变化较大导致循环寿命差等问题,限制了其开发应用。本文工作主要对金属锡以及锡基化合物存在的问题,通过对材料的粒径、组分以及构造进行分析,制备了一系列复合材料,并对其电化学性能进行了测试,主要研究内容及结果如下:(1)通过简单的液相反应制备了核-壳结构Sn@NC复合材料,用作锂离子电池的负极材料时,在200 mA g-1和1000 mA g-1的电流密度下,经过200次循环后,分别具有761 mAh g-1和476 mAh g-1的高可逆放电比容量。即使在2000 mA g-1的电流密度下,也可以获得328 mAh g-1的可逆放电比容量。该复合材料优异的性能可以归结为纳米尺寸的Sn粉和多孔结构碳壳的协同效应,两者都可以有效地缓解电极在循环过程中的体积变化,使其显示优异的循环性能。(2)通过一步水热法合成了SnO2纳米片和SnO2@RGO纳米片复合材料,SnO2纳米片固定在石墨烯载体上,可以有效地促使转化/合金化反应。对结果分析表明,SnO2@RGO纳米片复合材料可以显著提高嵌锂/脱锂反应的反应速率。此外,在500 mA g-1的电流密度下,0.01-3 V的电位窗口内循环100次后,其放电比容量仍具有817 mA h g-1。(3)采用了水热反应以及乙炔气体高温处理方法获得了具有二维纳米片结构的SnS@C纳米复合材料,该材料作为锂离子电池负极材料,当电流密度为100-8000 mA g-1时,平均放电比容量为1170-444 mAh g-1,显示出优异的倍率放电性能。其原因是碳包覆在SnS纳米片外,缓解了SnS@C纳米复合材料在充放电循环过程中的体积膨胀,表现出卓越的倍率性能。
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