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碳载锡及其合金纳米复合物的制备及储锂性能研究

叶亚  
【摘要】:锡基材料因其具有较高的理论比容量而被认为是已经商业化的锂离子电池碳负极材料最具有前景的替代材料之一。但是,锡基材料在充放电过程中存在体积膨胀及其导致的粉化的问题,使得电池的倍率性能和循环性能较差,限制了其商业化的进程。为了解决这一问题,人们提出了对锡基材料进行复合改性,从而提高其电化学性能。在这些复合改性方法中,锡基材料与碳基材料的复合被认为是理想的方法之一。本论文以石墨烯(G)和自制的介孔碳(MC)为碳基材料,在多元醇体系中通过化学还原的方法制备锂离子电池负极材料。与纯FeSn2纳米颗粒、纯Sn-CO合金纳米颗粒和纯Sn颗粒相比,我们制备的G-FeSn2纳米复合物. MC@Sn-CO纳米复合物和MC-Sn复合物具有较高的比容量,较好的循环性能和倍率性能。本论文的主要研究内容如下:(1)以G为碳基介质,在多元醇体系中通过化学还原的方法制备得到FeSn2纳米颗粒密集均匀地分布在石墨烯表面的复合纳米材料。与纯的FeSn2内米颗粒相比较,由于其独特的结构,具有较高的容量和较好的循环稳定性。在100 mAg-1的充放电速率下,循环40圈以后,G-FeSn2纳米复合物的放电容量为401.1 mAhg-1,而纯FeSn2纳米颗粒仅为64.0 mAh g-1。(2)以纳米CaC03为模板葡萄糖热解法制得的MC为碳介质,在多元醇体系中通过化学还原的方法制备Mc@Sn-Co纳米复合物,Sn-CO合金纳米颗粒均匀密集地分布在MC介质上。MC作为有效的缓冲介质和导电介质,提高了Sn-CO负极材料的机械强度和传输电荷的能力,使得Mc@Sn-Co纳米复合物具有良好的储锂性能。复合物与纯Sn-Co合金相比较不仅具有良好的循环稳定性还具有良好的倍率性能。例如,在充放电速率为100 mA g-1的条件下循环50圈后,Mc@Sn-Co纳米复合物的放电容量仍高达611.8 mA h g-1。(3)以MC为碳基介质,在多元醇体系中通过原位化学还原的方法制备MC-Sn复合材料。由于MC的引入可以提高材料的稳定性和电子导电性,因此,与纯Sn相比,MC-Sn复合材料表现出了较好的循环性能和倍率性能:在100 mAg-1的充放电速率下,40次循环后MC-Sn复合物的比容量保持在721.5 mAhg-1;而在1 Ag-1的高充放电速率下,放电比容量仍高达265.8 mAhg-1。


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