介孔氧化锡锂离子电池负极材料的制备与研究

论文摘要

锂离子电池具有高电压、高比容量、无记忆效应、无污染、寿命长等优点,已成为一种新型化学电源,广泛应用在各个领域。负极材料是提高锂离子电池性能的关键因素。锡氧化合物负极材料因其高比容量而受到重视,被认为是锂离子电池中碳负极材料最有希望的替代物之一。本论文利用分子模板法,通过考虑pH值、表面活性剂加入量、不同的锡无机物前驱体等因素对介孔的形成影响来合成介孔氧化锡负极材料。在室温下,水溶液体系中,低sur/Sn4+（surfactant缩写sur）比,以壬基酚聚氧乙烯醚和十六烷基三甲基溴化铵双表面活性剂作模板,两种不同的锡盐作前驱体的情况下各合成出了介孔氧化锡材料。对样品进行X射线衍射（XRD）结构分析、扫描电子显微镜（SEM）形貌观察、X射线能谱分析（EDS）成分分析、透射电子显微镜（TEM）结构分析、N2—吸附/脱附等温线分析（BET）和TGA-DTA失重分析。通过对样品XRD的分析可知氨水与锡盐比在2时可生成较好的有序介孔氧化锡。N2—吸附/脱附等温线分析,也显示了是典型的布朗诺尔四型吸附/脱附等温线,再结合孔径分布图说明制备的样品具有介孔结构。高分辨透射电镜研究发现60℃干燥后的氧化锡已经晶化,这在一定程度上破坏了介孔相的有序性。热重分析表明表面活性剂大部分在310℃就可除去,400℃热处理样品的有序性遭到了破坏,所以热处理温度选择在310℃。EDS成分测试分析,样品主要是以SnO2、C形式存在,有少量氯、溴残留。本论文还对合成的介孔SnO2材料进行了电化学性能方面的研究,研究了SnO2电极材料的嵌锂机理,对三种不同制备方法的SnO2作为电极材料的电化学性能比较,并测试了介孔SnO2作为负极材料在不同电流密度（0.2、0.3、0.4mA/cm2）下的充/放电性能,最后讨论了介孔储锂。在0.3mA/cm2充放电电流下,有序介孔SnO2电极的循环性能明显地优于商品SnO2粉末电极和无序介孔SnO2电极,可逆容量可达到600mAh/g,循环40次后可逆容量还保持396mAh/g,循环性能好。随着充放电电流密度的减小,可逆充/放电性能变好。有序介孔SnO2电极在0.2mA/cm2恒流充放电的循环性能,首次可逆容量为661mAh/g。循环40次后,可逆容量为536mAh/g。对于多孔体系SnO2电极,其首次不可逆容量损失很大,结合介孔SnO2电极在0.3 mA/cm2充放电下的电压—容量曲线图和微分容量曲线图,我们认为这是在放电过程中,电解液在电极材料表面生成更多固态电解质膜（the solid electrolyteinterphone,简称SEI膜）和介孔储锂造成的,同时这些储存的锂有可能在后续循环的充电过程中释放出来。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池简介
• 1.1.1 商品锂离子电池的特点及研究进展
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.1.3 锂离子电池负极材料
• 1.1.4 锡基负极材料嵌锂机理
• 1.2 分子模板法合成介孔材料
• 1.2.1 介孔结构形成的物理化学过程
• 1.2.2 介孔的形成机理
• 1.2.3 介孔材料的制备
• 1.2.4 氧化锡介孔材料的制备
• 1.2.5 分子模板的表面活性剂
• 1.3 本论文的研究目的及内容
• 第二章 试验方法
• 2.1 介孔氧化锡的制备
• 2.1.1 介孔氧化锡的的制备方法——工艺路线
• 2.1.2 原料的选择
• 2.1.3 合成介孔材料的影响因素
• 2.1.3.1 pH值的调整
• 2.1.3.2 表面活性剂添加量和比例
• 2.1.3.3 不同无机物前驱体
• 2.1.3.4 其他影响因素
• 2.2 电池的装配和电化学性能测试
• 2.2.1 电极的制备
• 2.2.2 扣式电池的组装
• 2.2.3 电极电化学性能的测试
• 2.2.4 微分容量曲线
• 2.3 测试及表征
• 2.3.1 X射线衍射仪（XRD）
• 2-吸附/脱附分析'>2.3.2 N₂-吸附/脱附分析
• 2.3.3 热重-差热分析
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.5 X射线能谱分析仪（EDS）
• 2.3.6 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4 试验试剂和仪器
• 2.4.1 试验试剂和用品
• 2.4.2 试验仪器
• 2的合成及表征'>第三章 介孔SnO₂的合成及表征
• 3.1 介孔二氧化锡的制备
• 3.1.1 pH值的调整
• 3.1.2 不同表面活性剂加入量的改变
• 3.1.3 不同无机物做前驱体合成介孔氧化锡
• 3.2 介孔二氧化锡的表征及讨论
• 3.2.1 X射线衍射检测
• 2-吸附/脱附对样品的分析'>3.2.2 N₂-吸附/脱附对样品的分析
• 3.2.3 透射电子显微镜（TEM）分析
• 3.2.4 扫描电子显微镜（SEM）观察
• 3.2.5 X射线能谱分析（EDS）
• 3.2.6 TGA-DTA对样品的分析
• 3.3 本章小节:
• 2负极材料的电化学性能'>第四章 介孔SnO₂负极材料的电化学性能
• 2粉末电极的嵌锂机理'>4.1 SnO₂粉末电极的嵌锂机理
• 2电极的电化学性能比较'>4.2 不同SnO₂电极的电化学性能比较
• 2粉末电极的充/放电性能'>4.2.1 商品SnO₂粉末电极的充/放电性能
• 2电极的充放电性能'>4.2.2 有序介孔SnO₂电极的充放电性能
• 2电极的充放电性能'>4.2.3 无序介孔SnO₂电极的充放电性能
• 2电极的充放电性能比较'>4.2.4 三种不同SnO₂电极的充放电性能比较
• 2电极在不同充放电流大小下的电化学性能'>4.3 有序介孔SnO₂电极在不同充放电流大小下的电化学性能
• 2电极在0.4mA/cm²恒流充放电下的充放电性能'>4.3.1 有序介孔SnO₂电极在0.4mA/cm²恒流充放电下的充放电性能
• 2电极在0.2mA/cm²恒流充放电下的充放电性能'>4.3.2 有序介孔SnO₂电极在0.2mA/cm²恒流充放电下的充放电性能
• 4.4 介孔储锂
• 4.5 本章小节:
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文