在人類的日常生產(chǎn)生活中,能源漸漸成為我們不可缺少的一部分。因?yàn)榛茉吹牟豢稍偕覂?chǔ)量日益匱乏,尋找可持續(xù)發(fā)展的新型能源成為當(dāng)今國內(nèi)外科研工作者研究的熱點(diǎn)。鋰離子電池和鈉離子電池作為能量儲(chǔ)存的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其發(fā)展越來越受到人們的關(guān)注。但是,目前所存在的負(fù)極材料無論是循環(huán)穩(wěn)定性能還是容量都不能滿足鋰/鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域大規(guī)模的應(yīng)用。因此,尋求大容量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的材料是制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能鋰/鈉離子電池的關(guān)鍵。高比容量的電池負(fù)極材料反應(yīng)機(jī)理中多包含合金化過程,在循環(huán)過程中會(huì)出現(xiàn)較大的體積膨脹,且導(dǎo)電性能比傳統(tǒng)石墨差。針對(duì)上述所出現(xiàn)的問題,本文以理論容量較高的SnO₂為研究對(duì)象,通過SnO₂和碳基材料結(jié)合來提高電極材料的導(dǎo)電性能,并通過設(shè)計(jì)微觀結(jié)構(gòu)、利用水熱合成的方法緩解了SnO₂在循環(huán)過程中的體積膨脹問題。進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法制備了纖維狀材料,實(shí)現(xiàn)了碳基二氧化錫材料自支撐。為輕型高容量電池負(fù)極材料的制備提供了可能。研究內(nèi)容如下:（1）以錫酸鉀和尿素為前驅(qū)體水熱后得到空心SnO₂,將所得空心SnO_2... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LiCoO2晶胞結(jié)構(gòu)示意圖

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文碳基二氧化錫儲(chǔ)能復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究3充電過程中，鋰離子從正極經(jīng)電解液傳輸至負(fù)極，此時(shí)電池負(fù)極表面的鋰離子含量增加；放電過程相反。以傳統(tǒng)的鋰離子電池（LiCoO2為正極材料，石墨為負(fù)極材料）的工作原理為例，在充電過程中，Li+從LiCoO2中脫出，經(jīng)過電解液到達(dá)負(fù)極材料后嵌入到石墨的片層中；在放電過程中Li+則反向傳輸。該過程中產(chǎn)生的電子能夠在外電路傳導(dǎo)從而使得電流能在整個(gè)閉合回路中產(chǎn)生。如圖1.2所示。其反應(yīng)方程式如下：正極反應(yīng)：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-(1-1)負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi++xe-=LixC6(1-2)電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6(1-3)圖1.2鋰離子電池工作示意圖[14]Figure1.2Schematicofprocessinalithiumionbattery[14].1.2.2鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理數(shù)十年來，研究人員致力于找到成本低廉并且電化學(xué)性能優(yōu)異的鋰離子電池的負(fù)極材料。其中以過渡族金屬氧化物[1,15]最為突出。在鋰電中最常見的過渡族金屬氧化物電池負(fù)極材料包括三氧化鐵[16,17]、四氧化三鈷[18,19]、四氧化三錳[20,21]等。而鋰離子電池負(fù)極材料的反應(yīng)機(jī)理主要分為以下三種：（1）脫嵌機(jī)制。脫嵌機(jī)制里最典型也最常見的材料就是石墨[22]，在充放電過程中，鋰離子能夠在石墨片層中可逆地進(jìn)行嵌入和脫出。其電化學(xué)反應(yīng)通式的表示如下：

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文碳基二氧化錫儲(chǔ)能復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究6圖1.3MnO@C-rGO電極的制備過程(a)及形變過程(b)[27]Figure1.3(a)PrepartionprocessofMnO@C-rGOelectrodeand(b)PhotographsofflexibleMnO-C-rGOelectrode[27].隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，石墨烯其自身柔軟的片層結(jié)構(gòu)和碳材料特有的導(dǎo)電性能使得其迅速收到了大量電化學(xué)工作者的關(guān)注。例如Zhong等[27]人通過真空沉積的方法制備了多巴胺包覆的MnO2的一維納米線（MnO2@PDANWs），然后將其與氧化石墨烯復(fù)合后熱處理得到的MnO@C-rGO復(fù)合材料。在0.2Ag-1的電流密度下，MnO@C-rGO復(fù)合材料的首圈放電比容量高達(dá)920mAhg-1，而在2Ag-1的大電流密度下循環(huán)800圈后的比容量仍然能夠保持在719mAhg-1。MnO@C-rGO復(fù)合材料自身分層多孔結(jié)構(gòu)和外部石墨烯及無定形碳的包裹造就了其優(yōu)異的電化學(xué)性能。制備示意圖如圖1.3所示。石墨烯作為一種新型的碳材料[28-30]，厚度只有一個(gè)碳原子的大小，但其特殊的柔性性能使得它具有單層二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這樣獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)使得石墨烯具有超高的比表面積、廣泛的離子傳輸途徑，為其在鋰離子電池中表現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學(xué)性能提供了結(jié)構(gòu)基矗石墨烯作為鋰電負(fù)極材料時(shí)，不僅邊緣處能與鋰離子結(jié)合，石墨烯自身的缺陷、共價(jià)位點(diǎn)也能與鋰離子結(jié)合。但石墨烯在鋰離子電池中的理論比容量依然不能達(dá)到非常優(yōu)秀的水平。科學(xué)家為了充分發(fā)揮石墨烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和導(dǎo)電好的優(yōu)勢(shì)，常常將石墨烯和其他活性材料復(fù)合[31]，來制備性能優(yōu)異電池負(fù)極材料。1.2.3.2錫基材料單質(zhì)Sn作為鋰電的負(fù)極材料時(shí)，Sn與Li+發(fā)生合金化反應(yīng)得到鋰-錫合金，來實(shí)現(xiàn)電池可逆的充放電過程。其電化學(xué)反應(yīng)過程的反應(yīng)通式為：Sn+xLi++xe-=LixSn，其中0≤x≤4.4(1-9)當(dāng)Sn全部生

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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