SnO2和TeO2电极材料的制备及其电化学性能的研究

论文摘要

目前锂离子电池已广泛应用于各种小型便携式电子设备中,然而,随着新一代电动汽车、混合动力汽车的开发,现有的锂离子电池已难以满足其需要,这主要是因为目前商品化锂离子电池碳负极材料的比容量低且存在安全隐患。因此,开发新型高性能负极材料是一项十分紧迫的课题。与传统的碳负极材料相比,Sn02具有更高的体积比容量和质量比容量,是一种具有潜力的负极材料。然而,在充放电过程中,Sn02负极存在体积膨胀大和不可逆容量高等缺陷,限制了其实际应用。此外,TeO2由于具有良好的化学稳定性逐渐引起人们的关注,Te呈现多价态且TeO2晶体有很多空穴和隧道,因此有望表现出良好的锂离子电池性能。本学位论文旨在研究高性能新型负极材料,取得了以下研究成果：（1）以K2SnO3和In（NO3）3为原料,首次通过简单水热法实现对Sn02的111掺杂,将其用作锂离子电池负极材料,考察其电化学性能。研究结果表明,由于in3+取代了部分Sn4+,在首次放电过程中SnO2还原得到的Sn减少,伴随生成的Li20减少,从而降低了锂离子消耗,有效减少了首次不可逆容量损失。此外,In不参与电极反应,在充放电过程中起到骨架的作用,某种程度上能够缓冲由于体积膨胀而产生的应力应变,展示出较好的循环稳定性。（2）采用碳质多糖微球为模板,以SnSO4和In（NO3）3为原料通过水热法制备In掺杂的Sn02的纳米材料,空气中煅烧后得到对应的空心结构的纳米材料。研究发现,采用这种方法制备的纳米材料颗粒尺寸小,改善了材料的循环性能。同时,材料的空心结构能够在很大程度上缓解脱嵌锂过程中由于巨大的体积膨胀所产生的应力应变,极大地改善了其循环性能。该材料在第10次循环后,其库伦效率基本保持在99%以上,经过50次循环后,比容量仍然有549.6 mAhg-1。（3）以TeCl4为原料,乙醇为溶剂,在无添加剂的条件下,以简单溶剂热法制备TeO11Cl2,煅烧后得到a-TeO2。结果表明,采用这种方法制备的材料结晶度高、晶体生长完整和表面缺陷少。本文首次将TeO2, Te6O11Cl2和TeO2Clx用作锂离子电池负极材料,考察其电化学性能。结果表明,该材料展现出良好的循环性能,经过50次循环后,其容量保持在294.2 mAhg-1,为首次可逆循环容量的87.5%。对电极材料进行表征发现,这种方法制备的a-TeO2表面形成了Te-Cl键,而Te-Cl键在嵌锂过程中能够抑制LixTe02的生成,并促进LixTe的生成。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池概述
• 1.1.1 锂离子电池发展概况
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.1.3 锂离子电池的特点和应用
• 1.1.4 锂离子电池的结构和基本组成
• 1.1.4.1 正极材料
• 1.1.4.2 电解液
• 1.1.4.3 隔膜
• 1.1.4.4 负极材料
• 2负极材料的研究现状'>1.2 SnO₂负极材料的研究现状
• 2纳米材料的研究现状'>1.3 TeO₂纳米材料的研究现状
• 1.4 本论文的选题依据及主要研究内容
• 第二章 实验方法与原理
• 2.1 实验仪器与实验试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 材料制备（详见各章节）
• 2.3 材料表征
• 2.3.1 扫描电子显微镜
• 2.3.2 X射线衍射
• 2.3.3 X-射线光电子能谱
• 2.4 电化学性能测试
• 2.4.1 循环伏安测试
• 2.4.2 电化学阻抗分析
• 2.4.3 恒电流充放电测试
• 2纳米材料制备及其电化学性能的研究'>第三章 In掺杂的SnO₂纳米材料制备及其电化学性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料制备与表征
• 3.2.1 材料的制备
• 3.2.2 材料的形貌分析、结构表征
• 3.2.3 电化学性能分析
• 3.2.3.1 电池的组装
• 3.2.3.2 电化学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 结构表征
• 3.3.2 形貌分析
• 1-xIn_xO₂结构和形貌的影响'>3.3.3 In掺杂量对Sn_1-xIn_xO₂结构和形貌的影响
• 1-xIn_xO₂的生长机理研究'>3.3.4 Sn_1-xIn_xO₂的生长机理研究
• 3.3.5 电化学性能分析
• 3.3.5.1 循环伏安曲线
• 3.3.5.2 充放电测试
• 3.3.5.3 交流阻抗（EIS）测试
• 3.4 本章小结
• 2的制备及其电化学性能的研究'>第四章 In掺杂的空心结构SnO₂的制备及其电化学性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料制备与表征
• 4.2.1 材料的制备
• 4.2.2 物相结构和微观形貌分析
• 4.2.3 电化学性能分析
• 4.2.3.1 电池的组装
• 4.2.3.2 电化学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 形貌分析和结构表征
• 4.3.2 电化学性能分析
• 4.3.2.1 循环伏安曲线
• 4.3.2.2 充放电曲线
• 4.3.2.3 循环曲线
• 4.4 本章小结
• 2的制备及其电化学性能的研究'>第五章 新型电极材料TeO₂的制备及其电化学性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料制备与表征
• 5.2.1 材料的制备
• 5.2.2 物相结构和微观形貌分析
• 5.2.3 电化学性能分析
• 5.2.3.1 电池的组装
• 5.2.3.2 电化学性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 结构分析
• 5.3.2 形貌表征
• 5.3.3 光电子能谱分析
• 5.3.4 电化学性能分析
• 5.3.4.1 循环伏安
• 5.3.4.2 循环充放电曲线
• 5.3.4.3 非原位XRD分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介