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随着便携式用电产品的广泛普及和电动汽车的蓬勃发展,开发新型、高效、安全、低廉、环保的电池材料成为锂离子电池发展的关键。现在商业化的负极碳材料由于存在着容量低、安全性能差等问题,使其在交通工具与智能电网储能用电池领域很难应用。而SnO2和Fe3O4由于具有较高理论容量,环境友好、价格低廉等优点成为锂离子电池负极材料关注的焦点。但这两种材料目前还存在着利用率低、极化大、循环寿命短、倍率放电性能差等问题。针对上述问题,本文开展了SnO2@PPy一维纳米复合结构和Fe3O4@C纳米复合球的制备、表征以及电化学性能研究,并对纳米体系中的电极动力学进行了初步的探讨,研究结果如下:
(1)采用化学法原位制备了SnO2@PPy一维纳米复合物,通过XRD,FT-IR,TG,
SEM,和TEM等测试手段对合成SnO2@PPy复合物的结构、组成和形貌进行了表征。结果表明,SnO2质量为79％的复合物形貌为纳米线,被包覆的SnO2晶粒尺寸也较小,初次放电容量达到1055 mAhg-1,首次充电容量为416 mAhg-1,充放电20个循环后放电容量为430 mAhg-1,高于传统碳材料的理论容量,具有较高的容量和较好的循环性能。通过不同扫速下的循环伏安曲线计算出该材料的锂离子扩散系数为D=6.7×10-8 cm2 s-1。通过计算不同温度放电平台状态下的电化学阻抗,得出电极反应中电子传输的表观活化能为Ea=47.3 kJ mol-1。
(2)利用溶剂热法,以FeCla·6H2O为前驱体制得了球形纳米复合物Fe3O4@C。其直径为250-400 nm,表面包覆了一层均匀的碳层,碳层厚度为4-8nm。电化学研究表明Fe3O4@C纳米球电极以200 mAg-1充放电时,首次放电容量为1562 mAh g-1,100个循环后,放电容量为688 mAh g-1。倍率放电性能表明5C(4620 mAg-1)放电容量可达到295 mAh g-1。根据交流阻抗结果计算得到Fe3O4@C电极的表观活化能为41.7 kJ mol-1。