随着人们对能源的需求日益增长、化石燃料储量的降低以及环境污染的加剧,开发清洁高效的新型能源成为人们关注的热点。锂离子电池作为一种能量存储装置,以其环保、轻便、高容量、长寿命等特点被广泛应用在小型便携设备中。锂离子电池的电极材料是影响其性能的关键,而目前商品化的锂离子电池的负极材料多为石墨类碳材料,已不能满足人们对电池性能的需求。因此研究和开发新型离子电池负极材料成为一个重要课题。锡基材料由于具有较高的理论容量和较好的安全性能,已成为了近年来新型锂离子电池负极材料的研究热点之一。但锡类材料在循环脱嵌锂离子时会产生较大的体积效应,导致材料粉化脱落,性能大幅度衰减。目前改进锡基材料性能的方法主要有制备合金材料、制备复合材料以及制备纳米或多孔材料。本文的研究内容是结合目前对锡基材料的改进方法设计出新型锂离子电池锡基负极材料并研究其制备方法,主要内容如下：本文在第一章对锂离子电池负极材料的发展进行了系统的综述。首先简要概述了锂离子电池的发展历史、原理和特点,然后详细的介绍了不同嵌锂类型的锂离子电池负极材料的研究进展。根据负极材料嵌锂的特点,可将负极材料分为四大类：表面／层间嵌锂材料(以碳类材料为主)、合金化嵌锂材料(以硅、锡等材料为主)、低应力嵌锂材料(以Li4Ti5012和Ti02为主)和氧化物嵌锂(以钴、镍、铁、铜的氧化物为主)。随后对四类材料嵌锂的特点、制备的方法、存在的问题以及改进的方法等方面进行了论述,并在此基础上提出了自己的工作思路和研究内容。第三章内容主要围绕改进锡基合金材料的电化学性能展开,我们提出了利用电沉积-电化学去合金的方法制备多孔锡基合金的思路。实验首先确立了制备三种锡基合金的镀液组成和配制方法,并研究了电沉积和电化学溶解的实验条件,成功制备了比例合适的锡铜、锡钴和锡镍合金。通过对溶解前后的形貌对比观察认为,材料在电化学溶解过程中会形成形态不一的多孔结构,孔径尺寸从几十到几百纳米不等,材料的形貌与合金的种类、组成和制备条件都有关。对材料的XRD衍射图谱研究发现电沉积得到的锡基合金均含有较多的Sn相,经过电化学溶解处理,大量的Sn相发生了溶解,因此多孔结构的产生主要与Sn相的溶解有关。对溶解前后的合金样品进行循环伏安测试,结果显示由于样品溶解前后的组成发生了变化,因此具有不同的反应机理。比较溶解前后的充放电曲线可以看出,溶解后的合金具有较小的极化作用。通过循环充放电测试发现溶解后的合金材料表现出比溶解前更高的比容量,更好的电化学稳定性和倍率性能。通过研究我们认为材料性能的提高主要由于多孔结构可以缓冲体积膨胀、优化电极与电解液的接触、缩短传质距离等原因。因此我们认为电沉积-电化学溶解方法制备多孔锡基合金电极能够有效的改进锡基合金的电化学性能。第四章的研究内容关注了氧化锡性能的改进。为了进一步优化氧化锡的电化学表现,实验设计将氧化锡纳米颗粒与石墨烯纳米片相结合。分别通过微波溶剂热法和水热法制备氧化锡-石墨烯复合材料(SnO2-rGO)和两种氧化锡-石墨烯气溶胶(SnO2-GA或SnO2-NGA)复合材料。实验通过形貌表征确定了SnO2-rGO具备二维结构,表面负载的氧化锡纳米颗粒的尺寸在14-17nm且分布均匀,氧化锡的载量约为40%；SnO2-GA和SnO2-NGA具有三维大孔结构,表面均匀覆盖了氧化锡纳米颗粒,颗粒的尺寸在10nm以下,两种材料的载量在60%以上。拉曼结果证实了复合材料中碳材料具有层数较少的石墨烯纳米片的结构特征,且掺氮石墨烯具有较高的缺陷程度,同时还证明了氧化锡纳米颗粒与石墨烯的结合改变了材料原本的电子分布。XPS结果证实产物中各元素的价态,确定了三种复合材料的石墨烯表面存在部分含氧官能团。通过对三种材料的循环伏安测试发现氧化锡嵌锂的第一步反应可逆性较好,因此材料表现出了较高的比容量。由于氧化锡与石墨烯结合能缓解石墨烯的堆叠、氧化锡纳米颗粒的团聚、保证Sn02的导电性并缓冲其体积膨胀,因此三种材料都表现出了较好的循环稳定性。另外SnO2-NGA的比容量、稳定性和倍率性能均好于SnO2-GA,分析认为这是由于氮的掺杂增强了氧化锡纳米粒子和石墨烯之间的结合力,且掺氮的石墨烯产生了部分缺陷结构可允许Li+在石墨烯的缺陷中通过,另外,掺氮的石墨烯具有更好的导电性,因此材料的性能更加优越。