鋰離子電池用錫基、鐵基負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高開(kāi)路電壓、低自放電率、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命、高比能量、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，被稱(chēng)為二十一世紀(jì)的綠色能源和主導(dǎo)電源，具有廣泛的應(yīng)用前景。而鋰離子電池的性能主要取決于正極材料、負(fù)極材料以及電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)和性能，開(kāi)發(fā)廉價(jià)高性能的正、負(fù)極材料一直是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。針對(duì)負(fù)極材料來(lái)說(shuō)，目前商業(yè)化的負(fù)極材料以石墨類(lèi)為主，但石墨的理論容量只有372 mA h/g，已無(wú)法滿(mǎn)足高能量鋰離子電池的需求。因此，開(kāi)發(fā)容量更高、更安全的新型負(fù)極材料具有重

2、大的意義。在眾多的負(fù)極材料當(dāng)中，SnO2和Fe2O3是兩種極具潛力的材料。但由于這些氧化物的導(dǎo)電性很差，并且在充放電過(guò)程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，SnO2和Fe2O3會(huì)產(chǎn)生巨大的體積變化，導(dǎo)致材料的粉化，造成材料的容量迅速衰減。如何提高這些氧化物的循環(huán)性能也成為了該領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。既然碳材料具有很好的循環(huán)性能，而氧化物材料具有較高的比容量，如果能把碳材料和氧化物結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一材料所具有的缺陷，就有可能獲得高容量

3、、循環(huán)性能良好的負(fù)極材料。本文采用不同的方法制備了SnO2/graphene、SnO2/FGS、SnO2/MCNF以及Fe2O3/MCNF、Fe2O3/carbon foam復(fù)合材料，研究了孔隙度、負(fù)載量、電流密度及不同載體等因素對(duì)產(chǎn)物電化學(xué)性能的影響。
　?。?）采用原位合成的方法，以SnCl2?2H2O為錫源，以氧化石墨（GO）為基體，以極性較弱的乙醇作為溶劑，通過(guò) Sn2+與氧化石墨之間的氧化還原反應(yīng)，制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的S

4、nO2/graphene復(fù)合材料。多孔結(jié)構(gòu)的存在，有利于電解液的傳輸和電荷的轉(zhuǎn)移；石墨烯的存在，一方面為SnO2提供了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，另一方面能夠?qū)nO2的體積變化起到緩沖的作用。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，復(fù)合物電極材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。
　?。?）以SnCl2·2H2O和GO為原料，在未加入任何添加劑的情況下，通過(guò)水熱合成的方法制備了SnO2/graphene復(fù)合物，討論了不同負(fù)載量復(fù)合物的電化學(xué)性能以及材料微孔孔隙度對(duì)產(chǎn)物性

5、能的影響，結(jié)果表明，微孔孔隙度較高的樣品表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能，這是因?yàn)槲⒖椎拇嬖谀軌蛱峁┹^高的活性面積。
　　采用微波的方法對(duì)水熱合成進(jìn)行了改進(jìn)，將反應(yīng)時(shí)間縮短至2 min，研究了微波反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物性能的影響，結(jié)果表明，微波時(shí)間為2 min左右時(shí)，原料已經(jīng)完全反應(yīng)，大大縮短了復(fù)合物的制備時(shí)間。
　?。?）將文獻(xiàn)所述的方法加以改進(jìn)，制備了高比表面積的介孔碳納米纖維（MCNF）陣列，MCNF具有很高的比表面積，較大的孔容量和石

6、墨化結(jié)構(gòu)，是一種優(yōu)良的載體；采用低溫下硝酸鹽熱分解的方法制備了Fe2O3/MCNF復(fù)合材料，并研究了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能，討論了復(fù)合物的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合物性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)e2O3/MCNF復(fù)合物電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，這是由于：樣品的介孔孔道能夠?yàn)?Fe2O3納米粒子的體積變化提供緩沖的空間；相互連通的孔道有利于Fe2O3與電解液充分接觸。
　　采用相同的方法制備了Fe2O3/carbon foam復(fù)

7、合材料，研究了其電化學(xué)性能，并與Fe2O3/MCNF復(fù)合材料進(jìn)行了對(duì)比。
　?。?）采用熱剝離 GO的方法制備了官能團(tuán)含量不同的兩種功能化石墨烯：FGS300和FGS900，采用簡(jiǎn)單的水熱合成，在沒(méi)有任何添加劑的情況下，僅利用SnCl4·5H2O的水解制備了SnO2/FGS復(fù)合物，研究了其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能，并討論了官能團(tuán)對(duì)產(chǎn)物性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SnO2/FGS900復(fù)合物電極在較小的電流密度下能夠表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能，而當(dāng)