钠离子电池用SnSb合金/碳材料的性能
发布时间：2021-06-10 22:06
以SnSb为主体材料,中间相炭微球（MCMB）、酚醛树脂为碳源,将机械球磨法与有机碳源热裂解包覆法结合,合成钠离子电池负极用SnSb合金/碳复合材料SnSb/MCMB/C。通过XRD、SEM测试分析材料的物相结构与形貌,通过循环伏安、恒流充放电测试,分析材料的电化学性能。SnSb/MCMB/C复合结构缓解了纯SnSb的团聚和体积膨胀效应,增强了材料的循环稳定性和倍率性能。SnSb/MCMB/C以100 m A/g的电流在0.012.50 V充放电,首次放电比容量为590 m Ah/g,首次库仑效率为60%,第100次循环的放电比容量保持在322 m Ah/g。
【文章来源】：电池. 2016,46(06)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
SnSb和SnSb/MCMB/C的XＲD图
ㄖ票傅腟nSb属六方相结构，衍射峰与标准卡片(JCPDF:033-0118)一致，其中，在29.09°、41.46°、51.66°、60.27°、68.10°和75.60°处的峰分别对应(101)、(012)、(021)、(202)、(113)和(122)晶面;制备的SnSb的峰形尖锐、无杂峰，表明合金结晶性好、纯度高。SnSb/MCMB/C复合材料的XＲD图与纯SnSb相似，在26.38°处有明显的碳(002)峰，对应球磨添加的MCMB和酚醛树脂热裂解形成的碳层。复合材料中SnSb的衍射峰偏移不明显，表明机械球磨和有机碳源热裂解对合金的结构无明显影响。图2为制备的SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM图。图2SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM图Fig.2SEMphotographsofSnSbandSnSb/MCMB/C311
供更大的活性表面以吸附SnSb纳米颗粒。从图2c可知，经机械球磨处理后，MCMB球形结构在机械剪切力作用下消失，较高硬度的合金钉扎在较软的炭微球基体上，形成SnSb/MCMB镶嵌结构，后续经酚醛树脂热裂解碳包覆后，最终形成以MCMB为弹性支撑、外层碳包覆的SnSb/MCMB/C三维结构，可缓解单一SnSb在充放电过程中的体积膨胀效应［6］，避免活性SnSb颗粒与Na+的直接接触，增强体系的结构稳定性与电化学循环性能。2.2电化学性能分析2.2.1恒流充放电曲线和循环和倍率性能分析纯SnSb和SnSb/MCMB/C的充放电曲线见图3。图3SnSb和SnSb/MCMB/C的充放电曲线Fig.3Charge-dischargecurvesofSnSbandSnSb/MCMB/Ccomposite从图3a可知，纯SnSb的首次放电、充电比容量分别为832mAh/g和615mAh/g，首次库仑效率为73.9%。从图3b可知，SnSb/MCMB/C中由于掺入了呈Na+惰性的MCMB［7］，降低了活性材料的比容量，首次放电、充电比容量分别为590mAh/g和349mAh/g，首次库仑效率为59.2%。两类材料均表现出较大的首次不可逆容量损失，主要原因是:在钠离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上形成固体电解质相界面(SEI)膜，此过程中消耗了大量活性Na+，造成容量损失［8］。两类材料在0.5V附近均有明显的放电平台，对应SnSb的嵌钠过程［9］。随着循环的深入，纯SnSb的放电比容量快速衰减，第2次衰减至686mAh/g，循环100次时仅为153mAh/g，仅有第2次放电比容量的22.3%;SnSb/MCMB/C材料从第2次开始放电比容量趋于稳定，第2次放电比容量为397mAh/g，第100次放电比容量仍有322mAh/g，为第2次的81.1%，表明“SnSb合金/碳”复合结构能改善纯SnSb的循环稳定性。纯SnSb和SnSb/MCMB/C的循环伏安曲线见图4。图4S
【参考文献】：
期刊论文
[1]高能球磨制备硅/人造石墨复合材料[J]. 刘传永,薛建军,肖利,刘建华. 电池. 2014(03)
[2]钠离子电池:储能电池的一种新选择[J]. 李慧,吴川,吴锋,白莹. 化学学报. 2014(01)
[3]电化学储钠材料的研究进展[J]. 钱江锋,高学平,杨汉西. 电化学. 2013(06)
[4]SnO2/MCMB核壳负极材料的嵌锂性能[J]. 张贝贝,孙大伟,汝强,侯贤华. 电池. 2013(01)
本文编号：3223185
【文章来源】：电池. 2016,46(06)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
SnSb和SnSb/MCMB/C的XＲD图
ㄖ票傅腟nSb属六方相结构，衍射峰与标准卡片(JCPDF:033-0118)一致，其中，在29.09°、41.46°、51.66°、60.27°、68.10°和75.60°处的峰分别对应(101)、(012)、(021)、(202)、(113)和(122)晶面;制备的SnSb的峰形尖锐、无杂峰，表明合金结晶性好、纯度高。SnSb/MCMB/C复合材料的XＲD图与纯SnSb相似，在26.38°处有明显的碳(002)峰，对应球磨添加的MCMB和酚醛树脂热裂解形成的碳层。复合材料中SnSb的衍射峰偏移不明显，表明机械球磨和有机碳源热裂解对合金的结构无明显影响。图2为制备的SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM图。图2SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM图Fig.2SEMphotographsofSnSbandSnSb/MCMB/C311
供更大的活性表面以吸附SnSb纳米颗粒。从图2c可知，经机械球磨处理后，MCMB球形结构在机械剪切力作用下消失，较高硬度的合金钉扎在较软的炭微球基体上，形成SnSb/MCMB镶嵌结构，后续经酚醛树脂热裂解碳包覆后，最终形成以MCMB为弹性支撑、外层碳包覆的SnSb/MCMB/C三维结构，可缓解单一SnSb在充放电过程中的体积膨胀效应［6］，避免活性SnSb颗粒与Na+的直接接触，增强体系的结构稳定性与电化学循环性能。2.2电化学性能分析2.2.1恒流充放电曲线和循环和倍率性能分析纯SnSb和SnSb/MCMB/C的充放电曲线见图3。图3SnSb和SnSb/MCMB/C的充放电曲线Fig.3Charge-dischargecurvesofSnSbandSnSb/MCMB/Ccomposite从图3a可知，纯SnSb的首次放电、充电比容量分别为832mAh/g和615mAh/g，首次库仑效率为73.9%。从图3b可知，SnSb/MCMB/C中由于掺入了呈Na+惰性的MCMB［7］，降低了活性材料的比容量，首次放电、充电比容量分别为590mAh/g和349mAh/g，首次库仑效率为59.2%。两类材料均表现出较大的首次不可逆容量损失，主要原因是:在钠离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上形成固体电解质相界面(SEI)膜，此过程中消耗了大量活性Na+，造成容量损失［8］。两类材料在0.5V附近均有明显的放电平台，对应SnSb的嵌钠过程［9］。随着循环的深入，纯SnSb的放电比容量快速衰减，第2次衰减至686mAh/g，循环100次时仅为153mAh/g，仅有第2次放电比容量的22.3%;SnSb/MCMB/C材料从第2次开始放电比容量趋于稳定，第2次放电比容量为397mAh/g，第100次放电比容量仍有322mAh/g，为第2次的81.1%，表明“SnSb合金/碳”复合结构能改善纯SnSb的循环稳定性。纯SnSb和SnSb/MCMB/C的循环伏安曲线见图4。图4S
【参考文献】：
期刊论文
[1]高能球磨制备硅/人造石墨复合材料[J]. 刘传永,薛建军,肖利,刘建华. 电池. 2014(03)
[2]钠离子电池:储能电池的一种新选择[J]. 李慧,吴川,吴锋,白莹. 化学学报. 2014(01)
[3]电化学储钠材料的研究进展[J]. 钱江锋,高学平,杨汉西. 电化学. 2013(06)
[4]SnO2/MCMB核壳负极材料的嵌锂性能[J]. 张贝贝,孙大伟,汝强,侯贤华. 电池. 2013(01)
本文编号：3223185
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3223185.html
