鈉離子電池用SnSb合金/碳材料的性能
發(fā)布時間：2021-06-10 22:06
以SnSb為主體材料,中間相炭微球（MCMB）、酚醛樹脂為碳源,將機械球磨法與有機碳源熱裂解包覆法結(jié)合,合成鈉離子電池負極用SnSb合金/碳復(fù)合材料SnSb/MCMB/C。通過XRD、SEM測試分析材料的物相結(jié)構(gòu)與形貌,通過循環(huán)伏安、恒流充放電測試,分析材料的電化學(xué)性能。SnSb/MCMB/C復(fù)合結(jié)構(gòu)緩解了純SnSb的團聚和體積膨脹效應(yīng),增強了材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。SnSb/MCMB/C以100 m A/g的電流在0.012.50 V充放電,首次放電比容量為590 m Ah/g,首次庫侖效率為60%,第100次循環(huán)的放電比容量保持在322 m Ah/g。
【文章來源】：電池. 2016,46(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
SnSb和SnSb/MCMB/C的XＲD圖
ㄖ票傅腟nSb屬六方相結(jié)構(gòu)，衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDF:033-0118)一致，其中，在29.09°、41.46°、51.66°、60.27°、68.10°和75.60°處的峰分別對應(yīng)(101)、(012)、(021)、(202)、(113)和(122)晶面;制備的SnSb的峰形尖銳、無雜峰，表明合金結(jié)晶性好、純度高。SnSb/MCMB/C復(fù)合材料的XＲD圖與純SnSb相似，在26.38°處有明顯的碳(002)峰，對應(yīng)球磨添加的MCMB和酚醛樹脂熱裂解形成的碳層。復(fù)合材料中SnSb的衍射峰偏移不明顯，表明機械球磨和有機碳源熱裂解對合金的結(jié)構(gòu)無明顯影響。圖2為制備的SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM圖。圖2SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM圖Fig.2SEMphotographsofSnSbandSnSb/MCMB/C311
供更大的活性表面以吸附SnSb納米顆粒。從圖2c可知，經(jīng)機械球磨處理后，MCMB球形結(jié)構(gòu)在機械剪切力作用下消失，較高硬度的合金釘扎在較軟的炭微球基體上，形成SnSb/MCMB鑲嵌結(jié)構(gòu)，后續(xù)經(jīng)酚醛樹脂熱裂解碳包覆后，最終形成以MCMB為彈性支撐、外層碳包覆的SnSb/MCMB/C三維結(jié)構(gòu)，可緩解單一SnSb在充放電過程中的體積膨脹效應(yīng)［6］，避免活性SnSb顆粒與Na+的直接接觸，增強體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與電化學(xué)循環(huán)性能。2.2電化學(xué)性能分析2.2.1恒流充放電曲線和循環(huán)和倍率性能分析純SnSb和SnSb/MCMB/C的充放電曲線見圖3。圖3SnSb和SnSb/MCMB/C的充放電曲線Fig.3Charge-dischargecurvesofSnSbandSnSb/MCMB/Ccomposite從圖3a可知，純SnSb的首次放電、充電比容量分別為832mAh/g和615mAh/g，首次庫侖效率為73.9%。從圖3b可知，SnSb/MCMB/C中由于摻入了呈Na+惰性的MCMB［7］，降低了活性材料的比容量，首次放電、充電比容量分別為590mAh/g和349mAh/g，首次庫侖效率為59.2%。兩類材料均表現(xiàn)出較大的首次不可逆容量損失，主要原因是:在鈉離子電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上形成固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜，此過程中消耗了大量活性Na+，造成容量損失［8］。兩類材料在0.5V附近均有明顯的放電平臺，對應(yīng)SnSb的嵌鈉過程［9］。隨著循環(huán)的深入，純SnSb的放電比容量快速衰減，第2次衰減至686mAh/g，循環(huán)100次時僅為153mAh/g，僅有第2次放電比容量的22.3%;SnSb/MCMB/C材料從第2次開始放電比容量趨于穩(wěn)定，第2次放電比容量為397mAh/g，第100次放電比容量仍有322mAh/g，為第2次的81.1%，表明“SnSb合金/碳”復(fù)合結(jié)構(gòu)能改善純SnSb的循環(huán)穩(wěn)定性。純SnSb和SnSb/MCMB/C的循環(huán)伏安曲線見圖4。圖4S
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高能球磨制備硅/人造石墨復(fù)合材料[J]. 劉傳永,薛建軍,肖利,劉建華. 電池. 2014(03)
[2]鈉離子電池:儲能電池的一種新選擇[J]. 李慧,吳川,吳鋒,白瑩. 化學(xué)學(xué)報. 2014(01)
[3]電化學(xué)儲鈉材料的研究進展[J]. 錢江鋒,高學(xué)平,楊漢西. 電化學(xué). 2013(06)
[4]SnO2/MCMB核殼負極材料的嵌鋰性能[J]. 張貝貝,孫大偉,汝強,侯賢華. 電池. 2013(01)
本文編號：3223185
【文章來源】：電池. 2016,46(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
SnSb和SnSb/MCMB/C的XＲD圖
ㄖ票傅腟nSb屬六方相結(jié)構(gòu)，衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDF:033-0118)一致，其中，在29.09°、41.46°、51.66°、60.27°、68.10°和75.60°處的峰分別對應(yīng)(101)、(012)、(021)、(202)、(113)和(122)晶面;制備的SnSb的峰形尖銳、無雜峰，表明合金結(jié)晶性好、純度高。SnSb/MCMB/C復(fù)合材料的XＲD圖與純SnSb相似，在26.38°處有明顯的碳(002)峰，對應(yīng)球磨添加的MCMB和酚醛樹脂熱裂解形成的碳層。復(fù)合材料中SnSb的衍射峰偏移不明顯，表明機械球磨和有機碳源熱裂解對合金的結(jié)構(gòu)無明顯影響。圖2為制備的SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM圖。圖2SnSb和SnSb/MCMB/C的SEM圖Fig.2SEMphotographsofSnSbandSnSb/MCMB/C311
供更大的活性表面以吸附SnSb納米顆粒。從圖2c可知，經(jīng)機械球磨處理后，MCMB球形結(jié)構(gòu)在機械剪切力作用下消失，較高硬度的合金釘扎在較軟的炭微球基體上，形成SnSb/MCMB鑲嵌結(jié)構(gòu)，后續(xù)經(jīng)酚醛樹脂熱裂解碳包覆后，最終形成以MCMB為彈性支撐、外層碳包覆的SnSb/MCMB/C三維結(jié)構(gòu)，可緩解單一SnSb在充放電過程中的體積膨脹效應(yīng)［6］，避免活性SnSb顆粒與Na+的直接接觸，增強體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與電化學(xué)循環(huán)性能。2.2電化學(xué)性能分析2.2.1恒流充放電曲線和循環(huán)和倍率性能分析純SnSb和SnSb/MCMB/C的充放電曲線見圖3。圖3SnSb和SnSb/MCMB/C的充放電曲線Fig.3Charge-dischargecurvesofSnSbandSnSb/MCMB/Ccomposite從圖3a可知，純SnSb的首次放電、充電比容量分別為832mAh/g和615mAh/g，首次庫侖效率為73.9%。從圖3b可知，SnSb/MCMB/C中由于摻入了呈Na+惰性的MCMB［7］，降低了活性材料的比容量，首次放電、充電比容量分別為590mAh/g和349mAh/g，首次庫侖效率為59.2%。兩類材料均表現(xiàn)出較大的首次不可逆容量損失，主要原因是:在鈉離子電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上形成固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜，此過程中消耗了大量活性Na+，造成容量損失［8］。兩類材料在0.5V附近均有明顯的放電平臺，對應(yīng)SnSb的嵌鈉過程［9］。隨著循環(huán)的深入，純SnSb的放電比容量快速衰減，第2次衰減至686mAh/g，循環(huán)100次時僅為153mAh/g，僅有第2次放電比容量的22.3%;SnSb/MCMB/C材料從第2次開始放電比容量趨于穩(wěn)定，第2次放電比容量為397mAh/g，第100次放電比容量仍有322mAh/g，為第2次的81.1%，表明“SnSb合金/碳”復(fù)合結(jié)構(gòu)能改善純SnSb的循環(huán)穩(wěn)定性。純SnSb和SnSb/MCMB/C的循環(huán)伏安曲線見圖4。圖4S
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高能球磨制備硅/人造石墨復(fù)合材料[J]. 劉傳永,薛建軍,肖利,劉建華. 電池. 2014(03)
[2]鈉離子電池:儲能電池的一種新選擇[J]. 李慧,吳川,吳鋒,白瑩. 化學(xué)學(xué)報. 2014(01)
[3]電化學(xué)儲鈉材料的研究進展[J]. 錢江鋒,高學(xué)平,楊漢西. 電化學(xué). 2013(06)
[4]SnO2/MCMB核殼負極材料的嵌鋰性能[J]. 張貝貝,孫大偉,汝強,侯賢華. 電池. 2013(01)
本文編號：3223185
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