SnO_2基鋰離子電池負極材料的研究
發(fā)布時間：2020.01.03
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本論文在詳細評述了鋰離子電池及相關材料研究進展的基礎上,以SnO_2基負極材料為研究對象,圍繞材料的比容量、循環(huán)性能和倍率性能等主要性能指標,采用非水溶劑溶膠-凝膠法、電沉積法、機械化學法、流變相法、均勻沉淀法等方法制備了SnO_2基負極材料,運用XRD、SEM、IR、BET、ESR、ICP、激光粒度分析以及電化學性能測試等現(xiàn)代分析測試技術對合成材料的表征、電化學性能以及相關機理進行了系統(tǒng)研究。 以SnCl_4和乙二醇為原料,采用溶膠-凝膠工藝制備了納米SnO_2粉末。討論了非水溶劑溶膠-凝膠法制備納米SnO_2的反應原理,研究表明納米SnO_2的制備包括穩(wěn)定溶膠的形成、溶膠-凝膠的轉化和納米SnO_2的形成等三個步驟。由于空間位阻作用,乙二醇阻止了Cl~-接近Sn~(4+),從而保證了溶膠的穩(wěn)定性。乙二醇不僅是一種絡合劑(形成聚合網(wǎng)絡結構),而且是一種“隔離劑”(在凝膠干燥過程中保持金屬氧化物之間的距離,防止金屬氧化物之間的團聚)。采用XRD和IR光譜研究了熱處理溫度對納米SnO_2結構演變和形貌的影響。研究表明,經(jīng)500℃熱處理4h得到的樣品粒度分布均勻,平均粒徑在15-20 nm之間。 對納米SnO_2粉末的電化學測試發(fā)現(xiàn):熱處理溫度、充放電截止電壓、電流密度以及粉末粒度大小對SnO_2電極的電化學性能具有較大的影響。500℃熱處理4小時制備的納米SnO_2的電化學性能最好:0.1C放電(放電區(qū)間為0-2.0V)時,其充電比容量達到為868mAh/g,經(jīng)30次循環(huán)的容量衰減率為0.56%;0.5C放電(放電區(qū)間為0-1.0V)時,其可逆容量達到498 mAh/g,經(jīng)30次循環(huán)后的容量衰減率只有0.075%。采用交流阻抗法對納米SnO_2電極的界面過程進行了研究,得到了不同荷電狀態(tài)下SnO_2電極交流阻抗譜的等效電路。 首次采用電沉積法直接在銅箔上制備了納米SnO_2薄膜,得到了SnO_2薄膜的最佳制備工藝。對電沉積法制備納米SnO_2薄膜的電化學性能進行了研究。經(jīng)400℃熱處理2h得到的SnO_2薄膜電極0.1C、1.0C和2.0C放電時的可逆容量分別達到798mAh/g、630 mAh/g和550 mAh/g,0.1C放電時50次循環(huán)后的容量保持在773mAh/g以上,容量保持率達到為97%。這些數(shù)據(jù)表明電沉積法制備的納米SnO_2薄膜具有較高的電化學容量、良好的循環(huán)壽命和倍率性能。 首次采用機械化學法和流變相法制備了SnO_2基復合氧化物材料,并對其結構、形貌和電化學性能進行了比較研究。
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