鋰離子電池氧化錫-碳復(fù)合負極材料的制備及性能研究.pdf

1、目前商業(yè)化鋰離子電池負極材料均為碳材料,因為良好的安全性、穩(wěn)定的充放電性能、成本低廉而得到廣泛應(yīng)用。但其理論容量(372mAh／g)有限,已不能滿足新一代大型電子設(shè)備的需求。SnO2由于具有較高的理論容量(782mAh／g),是極有前景的新一代負極材料。氧化錫材料比容量高,但充放電過程存在著嚴重的體積膨脹,導(dǎo)致循環(huán)衰減較快,本文主要采用碳包覆的方法來改善氧化錫的循環(huán)性能。
　　 1)以商業(yè)化的SnO2,鱗片石墨(GT)和碳納米管

2、(CNT)為原料,通過高能球磨法制備了SnO2／石墨／CNT復(fù)合材料。掃描電鏡(SEM)顯示:球磨后的SnO2顆粒明顯細化,尺寸從微米級別降到了納米級別,并有效的嵌入到石墨層中,同時,CNT也均勻的分散在復(fù)合材料當中,形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。實驗得出,SnO2／GT／CNT復(fù)合材料展現(xiàn)了良好的電化學(xué)性能。100mA／g的電流密度下循環(huán)25周后,復(fù)合材料的比容量為431mAh／g,庫侖效率保持在95％以上。石墨起到了緩沖體積膨脹的作用,而C

3、NT作為優(yōu)良導(dǎo)電劑的同時,其特殊的的管狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,能夠有效吸收和儲存電解液,并改善電極抵抗破壞的能力。
　　 2)分別以液相沉淀法(L-SnO2),溶膠凝膠法(S-SnO2)和熔融鹽法(M-SnO2)制備了氧化錫粉末。XRD譜圖與標準卡片完全對應(yīng),說明合成的SnO2有著較純的正四面體金紅石結(jié)構(gòu)。充放電測試表明液相沉淀法制備的L-SnO2顆粒具有最好的循環(huán)性能,循環(huán)30周后,容量保持在262mAh／g。這是由于L-Sn

4、O2顆粒具有規(guī)則的有凹槽的棱柱孔狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在一定程度上緩解體積膨脹。另外,以5％,10％和15％碳納米管作為導(dǎo)電劑試圖改善L-SnO2的電化學(xué)性能。碳納米管良好的導(dǎo)電性可以提升活性物質(zhì)的倍率性能,但較大的比表面積也會導(dǎo)致更多的不可逆容量損失。
　　 3)以液相沉淀法制備了配比不同的SnO2／CNT復(fù)合材料,進一步提升錫基材料的電化學(xué)性能。當Sn和C的摩爾比為0.5時,復(fù)合材料表現(xiàn)了良好的循環(huán)性能和倍率性能。比較了SnO2和S

5、nO2／CNT循環(huán)30周后的表面形貌,SnO2樣品表面存在著大量的裂痕,這是由于充放電過程中體積變化導(dǎo)致的；而SnO2／CNT樣品表面基本保持平整,說明碳納米管在體積變化中起著很好的緩沖作用。另外,考察光亮銅箔和泡沫鎳兩種不同集流體對復(fù)合材料的影響。結(jié)果表明:具有三維結(jié)構(gòu)的泡沫鎳樣品有著更好的循環(huán)性能,泡沫鎳粗糙的表面和鎳網(wǎng)間的大量空隙,有效提高了活性物質(zhì)和集流體的結(jié)合力,使活性物質(zhì)不易掉落。針對錫基材料體積變化的特點,設(shè)計和改進集流體