高性能二氧化锡基锂离子电池负极材料的制备及其性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong502
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近年来,对移动电话和计算机等电子设备的需求不断增长,这些便携式电子产品的主要动力来源是锂离子电池。同时,由于锂离子电池具有循环寿命长、比能量高、工作温度范围宽广和环保等特点,因此成为研究者们广泛研究的课题。另一方面,锂离子电池在电动汽车中也具有广阔的应用前景和研究价值。锂离子电池中的负极材料是核心成分,在改善电池的整体性能方面起着重要作用。SnO2是有潜力的负极材料,SnO2具有许多优点,比如SnO2在自然界含量多,理论容量高达783mAhg-1,被认为是有前途的材料之一。但它也有一些缺点,限制了其在电池中的广泛应用。SnO2的锂化过程中发生不可逆反应,会导致较大的初始容量损失,并且会导致电化学性能显著下降。另外,较大的体积膨胀会导致电极材料脱落,粉碎和结块,从而导致循环不稳定和低倍率性能。为了解决这些问题,本文通过水热法、球磨等方法对SnO2材料进行改良与混合,制备出比容量更高且循环性能更稳定的负极材料。研究内容如下:1.首先在第一个实验中,通过球磨方法结合水热法制得SnO2@Mn O2@石墨(SMG)负极材料。Mn O2不仅可以起到促进Sn/Li2O向SnO2的转化反应的催化作用,而且还可以防止Sn在复合物中粗化。同时,石墨纳米片可以作为理想的体积膨胀缓冲剂和良好的电子导体。因此,实验制备的SMG负极材料具有优异可逆容量,在1000次循环后可提供1048.5mAhg-1。具有理想倍率能力在5.0Ag-1时具有522.2mAhg-1以及稳定长寿命循环性能在1.0Ag-1时具有814.8mAhg-1,因此可以证明SMG是一个理想的二氧化锡基锂离子电池负极材料。2.其次在第二个实验中,同样通过水热法和高能球磨法制备了SnO2@ZrO2/C复合材料。这个材料仍具有令人满意的循环稳定性,可逆容量和较好的倍率性能。SnO2和ZrO2纳米颗粒之间的协同作用提供了更多的储锂位点,并加速了离子和电子之间的扩散。石墨纳米片可有效缓解SnO2纳米粒子的体积膨胀并防止SnO2和ZrO2团聚,从而保持电极的结构稳定性。从循环性能表现来看,在0.2mAg-1的电流密度下,经过200次循环后,SnO2@ZrO2/C纳米实验材料表现出688.6mAhg-1的容量。此外,在1.0mAg-1的电流密度下,经过循环200次,SnO2@ZrO2/C纳米实验材料容量为690.8mAhg-1。3.最后基于上两个实验的基础上,仍采用水热法和高能球磨法制备了新的三元Mo-SnO2-石墨复合材料。Mo和SnO2混合物均匀分散在石墨纳米片中。在Mo-SnO2-石墨中,Mo可以抑制Sn纳米粒子的聚集,增强锂化过程中的可逆转化反应,并使得材料的电化学性能得以改善。因此,在0.2Ag-1的电流密度下,经过200次循环后,Mo-SnO2-石墨实验材料表现出1317.4mAhg-1的容量。此外,在5Ag-1的电流密度下,实验材料速率为514.0mAhg-1,并且表现出显著的长期循环性能。在1.0Ag-1的电流密度下,经过950次循环后,实验材料的电流密度为759.0mAhg-1,可以表明三元Mo-SnO2-石墨实验材料电化学性能表现优异。因此可以得出结论,三元Mo-SnO2-石墨实验材料是十分有潜力的锂离子电池负极材料。
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