用于锂离子电池的锡基一体化电极结构设计及机理研究

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhezhe_1207
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锂离子电池应用领域的扩展对功率密度和能量密度提出了更高的要求。商业化石墨材料由于较低的能量密度和功率密度,无法满足锂电池发展需求,亟需开发下一代新型负极材料。锡基材料因为较高的比容量而备受关注,但其在循环过程中巨大的体积变化和结构破坏限制了其进一步发展。本论文围绕改善锡基材料的导电性和抑制其体积膨胀问题,设计三维导电锡基材料并制备了一体化电极结构,不仅提高了电极的整体导电性,还具有较低的体积膨胀,同时提供了稳定的界面性能。该一体化电极表现出优异的倍率特性,又具有长循环稳定性。正文分为以下两部分:(1)借鉴MOF材料的制备方法,在碳材料基底表面制备了SnO2材料,并以PAN作为导电剂与粘结剂,构筑一体化电极。碳材料基底、含氮SnO2中间层和外部碳层共同构筑了高效导电网络,并提供了大量的缓冲区域。这种设计在提高复合材料导电性的同时抑制了循环中的体积变化,保障了复合材料循环中的高导电性与结构稳定性,带来了良好的倍率性能和大电流长循环稳定性。(2)通过在石墨烯薄片上原位生长SnSSe控制了初级晶粒尺寸,而后自组装形成三维花状结构,并以聚丙烯腈碳化包覆制备了一体化SnSSe/GR@C电极。这种结构在大幅提高材料导电性的同时,可将循环中体积膨胀由纯SnSSe的161.8%减小到38.2%,带来了稳定的结构与反应界面。并且该结构有利于电子和锂离子传输,使得材料的功率密度得到了提高,在5.0 A/g条件下循环850周仍有518.4 mAh/g的容量。
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