二氧化锡复合物的制备与应用研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanggh1963
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SnO2由于充放电平台低(0.6 V)、安全性高、理论比容量(782 mA h g-1)相对传统碳负极材料高,相对其他n型半导体来说电子迁移率大,有希望成为未来锂离子电池负极可选材料之一。但是SnO2导电性能差、首次充放电效率低,电极容量迅速衰减,这些极大的限制了SnO2作为锂离子电池负极材料的应用。为解决上述SnO2电极材料的问题,本文中制备了LiSn2(PO4)3、SnO2/C复合材料以及SnO2@C复合材料。SnO2在充放电过程以LiO2作为金属锡的缓冲基质,针对LiO2缓冲性能较差以及导电性低的问题,本文利用高温固相法制备出以Li3PO4作为充放电过程金属锡的缓冲基质的LiSn2(PO4)3。首先利用水热法制备出了二氧化锡纳米颗粒,并将其作为合成斜六方晶系单晶LiSn2(PO4)3的前驱体。采用XRD、TEM和SEM等物理方法对LiSn2(PO4)3的形貌与晶格结构进行表征。LiSn2(PO4)3电极在充放电过程中相比SnO2电极在电化学性能方面取得更理想的结果。在100 mA g-1的电流密度下充放电循环50次后容量保持率可达到88%,远高于SnO2纳米颗粒电极。材料的结构保持良好,对于解决锡基氧化物电极存在的问题具有一定的意义。利用水热法制备了多级结构中空花状SnO2,研究了四氯化锡溶液浓度对材料形貌和电化学性能的影响;针对SnO2材料在充放电过程中体积膨胀导致材料结构破坏以及材料导电性差的问题,以多级结构中空花状SnO2为基础制备了SnO2/C复合材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电、循环伏安和交流阻抗的技术和方法对多级结构中空花状SnO2材料的物化性能和电化学性能进行详细表征。对多级结构中空花状SnO2材料进行改性。在制备多级结构中空花状SnO2上制备了SnO2/C复合材料。结果表明在相同充放电条件下,SnO2/C复合电极在200 mA g-1循环50次后容量保持在346.1 mA h g-1,远高于SnO2电极。为解决SnO2材料导电性差的问题,分别采用水热法和固相法对已制备的多级结构中空花状SnO2进行包覆得到SnO2@C复合材料。测试结果表明,水热法包覆制备得到的SnO2@C材料呈现更好的电化学性能,水热法包覆和固相法包覆的材料在充放电循环50次后容量分别保持为245.3 mA h g-1和230.1 mA h g-1,与未包覆的SnO2进行对比,SnO2@C电极的循环性能和倍率性能有明显改善。通过差重法测量了材料中的碳含量。利用XRD、SEM以及拉曼光谱手段表征了材料的形貌、内部结构以及碳的存在。
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