锂电池负极材料二氧化锡的性能改良与机理研究

发布时间：2018-03-28 10:40

  本文选题：SnO_2@C　切入点：锂离子电池负极材料　出处：《华中师范大学》2014年硕士论文

【摘要】：目前商业化的锂离子电池负极材料通常为碳系材料,如石墨,中间相碳微球等。它们的比容量较低,而且结构不够稳定,经不起大电流充放电。所以虽然现阶段的锂离子电池已经基本满足便携小型设备的需要,但电动车所需的大型动力锂离子电池所用材料仍需我们科研人员改进和研发。 二氧化锡(SnO2)属于金属氧化物,相对于石墨(372mAh/g)拥有二倍多的比容量(782mAh/g),是一种有潜力取代石墨的动力锂离子电池负极材料,但金属氧化物作为锂离子电池负极材料都有一个共同的缺陷：循环性能较差。而造成金属氧化物材料循环寿命短的原因就是它在充放电过程中会产生剧烈的体积变化(充满电时膨胀300%),反复的体积剧烈变化会造成活性材料粉化并与导电基底脱离,晶体结构破坏等严重后果,而在大电流充放电的状态,这种崩溃将会更快发生。克服金属氧化物体积膨胀带来的灾难性后果是目前科学研究者研究的重点。并且,金属氧化物本身的电导率不高,这也影响了它的高倍率充放电性能。人们尝试了很多方法来改善这些缺点,如制作中空的纳米球形貌的SnQ,在纳米级SnO2周围包覆上一层无定形碳缓冲层,量子点SnO2等,纳米结构的SnO2与无定形碳缓冲层确实在一定程度上减轻了SnO2的体积膨胀效应,并且提高了传统SnO2的比表面积,缩短了锂离子扩散路径,提高了电导率。但这些方法并未完美的解决这一问题,SnO2循环寿命仍然在50圈以内。 第一章简要介绍了当今锂离子电池商业以及科研上的大背景,给出了常见锂离子电池材料的电势排列图以及商业锂离子电池的工作原理图。然后针对每一种类型的最常见的电极材料的优缺点,需要改进的方向进行了介绍。详细解释了电解液中两个重要的分类：液体电解液和聚合物电解质的区别以及联系,实验室最常用的液体电解液的成分和发展历史用一张图表展示了出来。关于锂离子电池的粘合剂,虽然在锂电领域人们常常目光都集中在电极材料的优化或者发现新材料上,但实际上通过改变电极材料的粘合剂,有时能够起到更大的提升电池性能的作用,在这里介绍了传统锂离子电池粘合剂的优缺点,同时也介绍了在文献中出现的一些新兴粘合剂的性能效果,可以为本文中的海藻酸钠性能效果作比较以及铺垫。 第二章介绍扣式锂离子电池的组成部分,详细说明了实验室工作电极的制作方法,扣式锂离子电池的组装方法,并制作了以石墨为负极的扣式锂离子电池,讨论制作性能最佳扣式电池的工艺手法。 第三章用一步水热法合成了SnO2@C复合结构的纳米材料,对材料进行了SEM, TEM,拉曼光谱,热重分析等充分的表征,结果确定SnO2(?)C微观结构是由质量含量33%的无定形碳包覆的20纳米SnO2小颗粒结构。将SnO2(?)C，

本文编号：1675979