锡基氧化物及其复合材料的制备与电化学嵌锂性能研究

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近年来,人们对纳米二氧化锡的储锂性能进行了较深入全面的研究,发现与碳材料相比,SnO2在容量方面有着明显的优势。但其首次不可逆容量较高,体积变化大,循环性能尚不理想,因此未能实现商品化。为了解决锡氧化物存在的以上缺点,人们在其中加入一些金属或非金属氧化物,经处理后得到的一些锡基复合氧化物负极材料不仅可提高放电容量,还可以部分改善负极的充放电循环寿命。因此,对锡氧基复合氧化物进行研究,以降低不可逆容量损失,改善循环寿命且保持其较高比容量,具有十分重要的意义。本文中首先采用水热法和熔盐法制备了SnO2纳米颗粒及纳米棒,并对其电化学性质进行了测试。在此基础上,相继制备了复合氧化物Zn2SnO4和Co2SnO4,研究各种实验条件对产物的影响,并初步考察了其电化学性能。 分别采用水热法和熔盐法制备了SnO2纳米颗粒和纳米棒,研究各种反应条件对产物的影响,实现了产物的形貌和粒径等的人为控制。将制备的SnO2材料进行系列电化学测试,发现其前几周放电容量较高,SnO2纳米颗粒的首次放电容量为1684mAh/g,随后的可逆容量为1060mAh/g。熔盐法制备的SnO2纳米棒循环寿命较水热产物好,其中SnO2纳米细棒的容量衰减缓慢,循环寿命最好。 利用水热合成方法制备了不同形貌的Zn2SnO4纳米颗粒,讨论了水热温度、时间及碱浓度等变量条件对产物结构形貌的影响,并对不同碱浓度下制备的产物进行了电化学嵌锂性能研究。电化学测试结果表明水热制备的Zn2SnO4纳米颗粒放电容量高,循环寿命好。实验制备的均匀立方体形貌的Zn2SnO4颗粒首次放电容量可达1383.9mAh·g-1,随后的放电容量为988.4mAh·g-1,循环50周后放电容量仍能保持在580mAh·g-1。对循环后的立方体型Zn2SnO4纳米颗粒电极进行TEM和XRD分析,发现其形貌保持较好,首次充电过程中部分可逆形成Zn2SnO4,这是电极具有高容量的主要原因之一。 将含有锡和钴两种金属的前驱体在氩气气氛下经熔盐法处理,可得到纯净的Co2SnO4颗粒。将得到的Co2SnO4材料与相似方法和条件下制备的CoO-SnO2混合物材料同时进行电化学测试,结果表明Co2SnO4前几周放电容量较高,但衰减速度快,循环寿命不理想,经过水热处理后,样品循环性能有所改善。制备的Co2SnO4和按2∶1的摩尔比相加的CoO-SnO2混合物的电化学行为有明显的不同,混合物显示出相对高的容量和鋿的的循环寿命。
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