錫基材料由于其較高的理論容量、易制備、無污染的特點而被廣泛用作鋰/鈉離子電池負(fù)極材料,例如單質(zhì)Sn的理論嵌鈉容量可達(dá)847 mAh g^-1,SnO₂的嵌鈉容量為1378 mAh g^-1。然而,錫基負(fù)極材料在鋰/鈉離子脫嵌過程中產(chǎn)生較大的體積變化（嵌鈉:420%;嵌鋰:259%）導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)粉化并從集流體上脫落,造成可逆容量迅速衰減,這是合金類負(fù)極材料普遍存在的問題。目前,解決上述問題的辦法主要包括:調(diào)控納米結(jié)構(gòu)或其它特殊結(jié)構(gòu)、制備復(fù)合材料,這些方法的本質(zhì)在于提高電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)反應(yīng)活性,以提高電極材料的可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。本論文針對Sn、SnO₂和SnSe_x各自的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題開展研究,主要創(chuàng)新性成果包括:（1）通過PVP輔助室溫液相還原法成功制備了具有空心球結(jié)構(gòu)的Sn納米晶,該空心結(jié)構(gòu)由5 nm的Sn納米顆粒組裝而成。研究發(fā)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)比實心結(jié)構(gòu)的Sn具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,在充放電體積變化較大的階段（364%）,空心結(jié)構(gòu)能夠承受體積變化所產(chǎn)生的應(yīng)力,比... 

【文章來源】：陜西科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：178 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

(a)各元素在地殼中的豐度;(b)鋰資源的世界分布圖

鋰/鈉離子電池用錫基負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究，單質(zhì) Sn 在嵌鋰過程中的體積膨脹為 259 %，嵌鈉過程中的體積膨脹為 41-5（a）所示，為嵌鈉過程中單質(zhì) Sn 的結(jié)構(gòu)變化示意圖，Sn 與 Na+反應(yīng)首n2，這一步為兩相嵌鈉過程，對應(yīng)的體積變化為 56 %，隨著鈉離子進一步成 α-Na9Sn4，α-NaSn3，最終當(dāng)有 3.75 mol Na+嵌入時生成 α-Na15Sn4，這一相嵌鈉過程，對應(yīng)的體積膨脹為 420 %。使單質(zhì) Sn 在反復(fù)充放電過程中電重破壞，電極材料粉化并且團聚很容易從集流體上脫落，如圖 1-5（b）所極的比容量迅速衰減。

圖 1-6 特殊一維和二維結(jié)構(gòu)的儲鋰優(yōu)勢Fig. 1-6 The advantages of lithium ions storage for special 1D and 2D structure時進行，所產(chǎn)生的應(yīng)力會互相抵消使電極材料承受較小的應(yīng)力，提高電極材料定性；核殼結(jié)構(gòu)的電極材料，其外圍的包覆層可以作為非活性的緩沖基體，緩子脫嵌產(chǎn)生的應(yīng)力；三維自組裝結(jié)構(gòu)具有較高的比表面和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。這種特殊的結(jié)構(gòu)在一定程度上提高了電極材料的電化學(xué)


本文編號：3281518