水熱法制備錫基復合材料及電化學性能研究.pdf

1、隨著用電設備尤其是以電動汽車為代表的要求的提高,以石墨為負極材料的商業化鋰離子電池已無法滿足要求。錫基負極材料因為高的比容量,良好的導電性和特殊的充放電曲線已成為廣泛研究的合金陽極之一。本文通過化學還原法-水熱法和一步水熱法分別制備出碳包覆納米錫和石榴型SnO2@C復合陽極。通過物理化學方法和電化學手段對制備的復合陽極材料進行相應的表征,提出其在制備過程中的可控因素,同時對循環過程中的容量衰減機理進行相應的論證。
　　通過水熱法在

2、納米Sn表面包覆一層非晶態熱解碳形成碳包覆納米Sn結構。對水熱條件和后續的電極制備工藝進行相應的優化?？芍畛浔葹?0％,葡萄糖加入量為2.0g時制得的Sn@C電化學性能最好。當充放電電流為200mA/g時,100個循環之后可逆脫嵌鋰容量為480mAh/g,容量保持率為60%,當充放電的電流值增大到1000mA/g,可逆容量仍然能維持404.86mAh/g。相對于納米Sn而言電化學性能有顯著的改善。這主要是因為外層碳層在鋰和錫形成合金的

3、過程中能有效的緩沖體積膨脹,維持了電極材料的結構穩定性。在電極制備工藝優化過程中,使用碳納米管作為導電劑和原有乙炔黑相比沒有明顯的改善,這主要是錫基負極材料本身的導電性較好,以致碳納米管本身的特性不能得以發揮。通過對納米Sn和Sn@C復合材料的電化學性能表征,可知納米Sn在循環過程中一直都處于嚴重的衰減狀態,這主要是納米Sn的粉化脫落造成的,經過碳包覆的納米Sn,在循環過程中富鋰態的可逆容量在不斷衰減,而貧鋰態的可逆容量衰減非常緩慢,這

4、說明Sn@C復合材料在后續的循環過程中容量的維持主要來自貧鋰態可逆容量。
　　一步水熱法制備的石榴型SnO2@C復合材料,納米級的SnO2均勻分散在非晶態的碳球中,在碳球的表面還包覆一層10nm左右的碳層。當尿素加入量為0.2g時制得的SnO2@C復合材料電化學性能最佳,當充放電截止電壓為1.5V,電流密度為200mA/g時,100個循環后的可逆比容量為360.7mAh/g,容量保持率為67.5%。充放電截止電壓增加到2.5V時,

5、首次脫鋰容量為1035.6mAh/g,首次庫侖效率為64.7%,130個循環之后的脫鋰容量為751mAh/g,容量保持率為72.6%。即使電流密度增大到1000mA/g,可逆容量為600mAh/g以上。電化學性能的優越得益于特殊的結構,石榴型SnO2@C復合材料在循環的過程中,分布在納米SnO2周圍的碳能緩沖體積膨脹,并能在一定程度上阻止納米Sn的團聚長大。其次,當截止電壓增加時,Li2O的可逆性增強,Li2O在脫鋰后形成的O會和納米S