【摘要】：綜述了鋰電池用Sn基負極材料近年來的發(fā)展現(xiàn)狀,著重討論了Sn基氧化物、Sn基復合氧化物、Sn基合金以及Sn基復合物等Sn基負極材料的制備方法、性能特點、存在問題以及改善途徑。指出單一方法難以全面改善Sn基負極材料的性能,綜合運用結構優(yōu)化、成分控制、摻入基質以及優(yōu)化還原劑、黏合劑和電解質添加劑等途徑才能更好地改善Sn基負極材料的電化學性能。最后,對Sn基負極材料的研究趨勢進行了展望,并指出以石墨烯為基質的Sn基復合材料是今后研究的重要方向。
【圖文】：

小的Ｓｎ基復合氧化物粉末，粉末呈典型的無定形玻璃體結構。經測試，電極在循環(huán)充放電過程中，無定形網狀結構起到了緩沖介質的作用，減輕了合金化反應引起的體積膨脹，提高了電極的循環(huán)穩(wěn)定性。另外，包括Ｌｅｅ等［２１］，Ｚｈｏｕ等［２２］制備的Ｓｎ基復合氧化物材料，均是利用無定形這種特殊的結構維持電極的結構穩(wěn)定性，以達到提高電極循環(huán)性能的目的。Ｙｕ等［２３］在Ｃｕ箔基底上采用靜電霧化沉積法制備出４種特殊的多孔、多層、籠狀結構的Ｓｎ基材料顆粒，如圖１所示。研究表明，在０．５Ｃ條件下，三元Ｌｉ２Ｏ－ＣｕＯ－ＳｎＯ２電極首次不可逆容量損失僅為１７．６％，經１００次循環(huán)后最高的可逆容量保持在１１５８．５ｍＡ·ｈ·ｇ－１，且倍率性能良好。Ｌｉ２Ｏ的引入可以抑制Ｌｉ－Ｓｎ合金顆粒的團聚，同時ＣｕＯ的引入可以擴大電壓范圍，使更多的Ｌｉ與Ｓｎ結合，特殊的多孔結構提高了電極與電解質的接觸面積，縮短了電子和鋰離子的輸運距離，抑制了充電／放電過程中電極的體積形變。圖１在Ｃｕ箔基底上沉積的薄膜ＳＥＭ像［２３］（ａ）ＳｎＯ２；（ｂ）Ｌｉ２Ｏ－ＳｎＯ２；（ｃ）ＣｕＯ－ＳｎＯ２；（ｄ）Ｌｉ２Ｏ－ＣｕＯ－ＳｎＯ２Ｆｉｇ．１ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆａｓ－ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｎＣｕｆｏｉｌｓｕｂｓｔｒａｔｅ［２３］（ａ）ＳｎＯ２；（ｂ）Ｌｉ２Ｏ－ＳｎＯ２；（ｃ）ＣｕＯ－ＳｎＯ２；（ｄ）Ｌｉ２Ｏ－ＣｕＯ－ＳｎＯ２Ｙａｎｇ等［２４］采用溶液熱合成法

Ｗａｎｇ等［３２］也采用類似的方法制備出Ｓｎ－Ｎｉ－Ｐ納米棒陣列，如圖３所示。研究發(fā)現(xiàn)，相鄰納米棒之間的空隙和多相結構可以緩沖電極在充放電過程中應力變化產生的體積膨脹。另外，Ｐ元素的初始容量高達２５７３ｍＡ·ｈ·ｇ－１，也為電極提供了一部分容量。何見超等［３３］制備了粒度不同的Ｃｏ－Ｓｎ合金負極電極。后續(xù)熱處理能得到尺寸較小的ＣｏＳｎ２合金，有利于提高電極的嵌鋰容量，但會引起首次不可逆容量損失的增加和循環(huán)穩(wěn)定性的降低。較小的初始電流密圖２Ｓｎ－Ｎｉ納米棒合金的ＳＥＭ像［３１］Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆＳｎ－Ｎｉａｌｌｏｙｎａｎｏｒｏｄｓ［３１］圖３Ｓｎ－Ｎｉ－Ｐ納米棒陣列的ＳＥＭ像［３２］Ｆｉｇ．３ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆＳｎ－Ｎｉ－Ｐｎａｎｏｒｏｄｓａｒｒａｙ［３２］度使得活性物質的嵌脫鋰過程進行的較為充分，并在顆粒表面形成較好的固體電解質膜（ＳＥＩ膜），有利于維持電極的穩(wěn)定性，提高電極的循環(huán)性能，但是ＳＥＩ膜的生成也會造成材料的不可逆容量損失。相比之下，劉欣等［３４］將碳熱還原法和高能球磨法巧妙地結合起來，成功制備了高性能的三元Ｓｎ３０Ｃｏ３０Ｃ４０合金負極材料。該材料中納米級別的ＣｏＳｎ晶粒均勻彌散在無定形態(tài)的碳基體中，，為其具有優(yōu)異電化學性質提供了保證。研究表明，循環(huán)前后Ｓｎ３０Ｃｏ３０Ｃ４０電極的結構基本保持穩(wěn)定，無明顯的粉化、剝離現(xiàn)象。同時，Ｓｎ３０－Ｃｏ３０Ｃ４０電極的可逆比容量達到了５５０ｍＡ·ｈ·ｇ－１，首次庫倫效率為８０％，倍率性能優(yōu)越，是一種具
【作者單位】： 河北大學電子信息工程學院;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(61204079) 河北省自然科學基金資助項目(F2017201130) 河北省青年拔尖人才計劃資助項目(2016)
【分類號】：TM912

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本文編號：2528055