锡基锂/钠离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

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锂离子电池是目前大规模商业储能应用的电池技术,钠离子电池是非常有潜力的电储能器件。这篇文章通过简单的方法制备了CuSn(OH)6亚微球产物,并通过不同的处理方法制备了四种锡基电池负极材料,分别是CuSnO3、CuSnO3@C、Cu3Sn/SnO、Cu3Sn/SnO@G四种电极材料。分别以上述四种材料作为锂离子电池和钠离子电池的负极材料,进行电化学性能测试,并做了对比。(1)CuSn(OH)6在空气气氛下,350℃的高温炉中进行煅烧,就可以得到CuSnO3材料,以该材料作为电池的负极材料,研究其电化学性能。锡氧化物因其具备比较高的比容量,几乎是石墨比容量的两倍,受到大量关注,作为锂离子电池负极材料具有非常好的前景。但是本文中的研究发现,该材料的循环性能较差,主要原因是,材料在充放电的反应过程中,存在严重的体积膨胀,导致材料遭到破坏,比容量降低。(2)本文还通过高温煅烧的方法,得到了CuSnO3@C电极材料。CuSnO3@C作为电池的负极材料无论是循环稳定性还是倍率性能都比CuSnO3材料有明显提高。原因是,在材料表面包覆了一层碳结构,可以提高电子的转移速度,从而提高了材料的导电性。另外,包覆碳层可以有效防止活性材料的聚合及充放电过程中的体积膨胀。所以该材料表现出了比较好的循环性能和倍率性能。(3)通过对CuSn(OH)6还原,得到了Cu3Sn/SnO材料,该材料作为锂离子电池负极材料,性能一般,但是作为钠离子电池表现出了较好的电化学性能。主要原因是SnO在充放电过程中,可以生成Li2O或者Na2O,起到缓冲作用,提高材料的可逆比容量;Cu3Sn成分中,铜的存在可以提高材料的导电性,还可以对材料起到支撑作用,有效地抑制充放电反应过程中的体积膨胀。(4)成功制备出了无需加入导电剂和粘结剂的Cu3Sn/SnO@G电极材料,并研究了其分别作为锂离子电池负极材料和钠离子电池负极的电化学性能。结果表明,石墨烯夹层结构可以有效提高材料的循环性能,原因是石墨烯层状结构可以提高反应过程中的电子传递速度,提高材料的导电性,石墨烯夹层结构可以有效抑制材料反应过程中的体积膨胀,所以具备较好的循环性能。但是由于石墨烯层状结构不利于锂离子或者钠离子的脱嵌,该类电池的倍率性能需要进一步改善。
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