鋰離子電池負極材料SnO2中空球的制備及改性研究.pdf

1、我國是世界電池生產(chǎn)與消費的第一大國，綠色二次電池是一種可循環(huán)使用的高效潔凈新能源，是綜合緩解能源、資源和環(huán)境問題的一個重要技術(shù)途徑，是電動車輛、儲能調(diào)峰電站、不間斷電源等重大應用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是當今便攜式時代的主要工作電源。可充電鋰離子電池代表一個完整的能源儲存技術(shù)，是現(xiàn)在最受歡迎的便攜式電子產(chǎn)品的電源。鋰離子電池由于其優(yōu)異的充放電性能和安全無公害等特點，發(fā)展極快，深受各國重視。因為鋰離子電池的能量密度大，平均輸出電壓高，不污染環(huán)境，使

2、用鋰離子電池電源使電子產(chǎn)品質(zhì)量輕便化的眾多優(yōu)點，鋰離子電池已經(jīng)被廣泛用于各種類型的電子產(chǎn)品中。鋰離子電池已經(jīng)深入到生活的每個方面，小到手機、手電筒，大至卡車、游輪、魚雷都遍布著鋰離子電池的足跡。
　　目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化鋰離子電池的負極材料是碳基材料。但是碳基材料在鋰離子電池充放電過程中十分的不安全，后果嚴重的甚至會危機到人的生命。
　　正是由于碳基負極材料存在著的多種缺陷，新型、高效的鋰離子電池負極材料的研制才引起了人們濃厚的興

3、趣。因此，各種各樣的過渡金屬氧化物進入人們的視野，開始被人們用作鋰離子電池負極材料。其中二氧化錫(SnO2)作為一種綠色無毒、自然界儲量豐富、有較高的理論比容量的優(yōu)秀半導體材料，它的制備方法簡單，具有較低的氧化電位，幾年來被廣泛的應用在氣體傳感器和鋰離子電池負極材料的研究中。
　　但是由于二氧化錫在充放電循環(huán)過程中巨大的體積膨脹而導致的容量快速衰減，以及它本身很差的導電性，嚴重的制約著二氧化錫的應用。為了應對這些缺點，人們也采取了

4、很多措施，例如，眾所周知的方法就是設計多種多樣的二氧化錫的納米結(jié)構(gòu)，來增加二氧化錫的比表面積，比如說納米管、納米球或者中空球，這些結(jié)構(gòu)都可以通過縮短鋰離子的擴散距離來提高容量和循環(huán)特性。有些研究者采用第二相手段，嘗試制備出二氧化錫與石墨或者其他納米材料進行復合。相比純相的二氧化錫材料，經(jīng)過包覆以后，材料的電化學性能有顯著的提高。也有些科學工作者把二氧化錫與一種或多種與鋰電化學活躍或不活躍的元素（如Ca、Co、Ti及Ni）進行復合，可以有

5、效的幫助主要合金化的金屬承受部分體積變化，改善復合材料的導電率，從而得到更穩(wěn)定的鋰離子循環(huán)活性材料。
　　本論文研究主要圍繞以下三方面工作展開：
　　1.探索制備二氧化錫中空球的最佳實驗條件，并和二氧化錫顆粒進行電化學性能對比。實驗結(jié)果表明：較大的表面積有利于樣品材料在脫嵌鋰過程中加速鋰離子的擴散，從而提高了材料的反應速率和電化學活性。進一步提高了二氧化錫材料本身的儲鋰能力。
　　2.用水熱法Al摻雜的SnO2中空球，

6、測試材料的電化學性能。經(jīng)過一系列物理表征證明Al摻雜并未改變原始SnO2的相結(jié)構(gòu)，和純SnO2相比Al摻雜的SnO2中空球循環(huán)穩(wěn)定性能有很大的提高。
　　3. Li4Ti5O12在充放電的過程當中具有十分優(yōu)良的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但是本身的理論容量比太低。我們設計出用制備的Li4Ti5O12納米片對二氧化錫中空球進行包覆的想法，利用Li4Ti5O12優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特性去限制在充放電過程中 SnO2的體積膨脹。結(jié)合兩種材料的優(yōu)勢，我們希望提高復