電流置換法制備錫中空納米結(jié)構(gòu)鋰離子電池負(fù)極材料.pdf

1、目前,便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)車的快速發(fā)展需要高容量、長壽命的鋰離子電池,而商品化鋰離子電池石墨負(fù)極材料的理論比容量只有372 mAhg-1,已不能滿足當(dāng)前發(fā)展高容量、長壽命鋰離子電池的要求。金屬錫能與鋰形成Li4.4Sn合金,具有高的質(zhì)量比容量(約990 mAhg-1),是石墨的2.6倍,因而錫負(fù)極材料引起了廣泛的關(guān)注。然而,錫在與鋰合金化過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹,產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力,導(dǎo)致活性材料粉化剝落,電極性能迅速下降。
　　中空結(jié)

2、構(gòu)材料因具有內(nèi)部空腔、密度低、表面積和表面滲透性大等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域。中空結(jié)構(gòu)縮短了鋰離子傳輸路徑、增大了儲(chǔ)鋰空間,有利于提高電池容量。而且,中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔可以緩解體積膨脹,避免電極材料的粉化和團(tuán)聚,增強(qiáng)電池的循環(huán)性能。
　　本論文設(shè)計(jì)并制備零維中空納米顆粒和三維中空納米管陣列兩種中空納米結(jié)構(gòu),研究零維中空結(jié)構(gòu)和三維中空結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子電池循環(huán)性能的影響。
　　利用化學(xué)還原法制備Ni納米顆粒(Ni NPs),以

3、Ni NPs為模板,利用電流置換反應(yīng)制備零維Sn中空納米顆粒(Sn HNPs),并將其用于鋰離子電池負(fù)極。掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)表征了樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和組成,證實(shí)了Sn中空結(jié)構(gòu)的形成。電化學(xué)測(cè)試表明,Sn HNPs具有良好的循環(huán)性能,循環(huán)50次后,其比容量仍保持在406.6 mAhg-1,而實(shí)心Sn納米顆粒(Sn NPs)比容量僅為63.1 mAhg-1,中空結(jié)構(gòu)緩解了體積膨脹,顯著提高

4、了Sn負(fù)極的循環(huán)性能。
　　利用電沉積法制備Ni納米線陣列(Ni NWs),以Ni NWs為模板,利用電流置換反應(yīng)制備三維Sn納米管陣列(Sn NTs),并將其用于鋰離子電池負(fù)極。SEM、TEM、XRD表征了樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和組成,證實(shí)了Sn NTs中空結(jié)構(gòu)的形成。電化學(xué)測(cè)試表明,Sn NTs具有更好的循環(huán)性能,循環(huán)100次后,其比容量仍保持在402.5 mAhg-1,遠(yuǎn)高于Sn納米線(Sn NWs)的比容量(98.7 mAhg-