锂离子电池负极材料锡基复合氧化物的制备与研究

论文摘要

锂离子二次电池是应用和开发前景较好的一种电源，改善和提高锂离子电池的电化学性能关键是选取充放电性能良好的负极材料。现在国内外商业化锂离子电池中的碳类负极材料已无法满足人们对高容量的需求，于是大量的研究工作主要集中在寻找更高容量的新型负极材料上。本论文在详细评述锂离子电池负极材料研究进展的基础上，以Zn2SnO4和Mg-Sn复合氧化物负极材料为研究对象，运用差热及热重分析（TG／DTA）、X-射线电子衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试手段对材料进行了表征。最终将其应用于锂离子电池负极材料上，研究了它们的电化学性能特点。主要工作如下：1．采用水热法合成了反尖晶石型的Zn2SnO4晶体，研究了碱的浓度和水热反应温度对样品纯度和结晶度的影响，并重点分析了在不同碱的浓度下所得样品电化学性能的差异以及在最优的条件下合成的Zn2SnO4样品的充放电机理。结果表明：水热反应温度为220℃、反应时间为24h、碱的浓度为0．2M时所得Zn2SnO4样品的电化学性能最好。2．采用共沉淀法合成了球形Zn2SnO4颗粒，并研究了煅烧温度对合成样品的纯度、颗粒大小以及电化学性能的影响。得到结论：煅烧温度为750℃合成的Zn2SnO4颗粒，首次放电容量为1811．7mAh／g，充电容量为1031．0mAh／g，循环20周后放电容量仍为593．3mAh／g，表现出相对较好的电化学性能。3．采用水热法和共沉淀法合成Mg-Sn复合氧化物的前驱体，并将其分别在不同温度下煅烧4h，得到一系列Mg-Sn复合氧化物。通过TG-DTA、XRD、SEM表征得出：前驱体的不同合成条件对产物的组成、形貌有明显的影响。水热合成的前驱体具有立方结构，且煅烧后的产品还保持了这种形状；而共沉淀法所得的产品形状不规则。两种条件下所得产品的电化学性能差异也较大，水热条件下样品的充放电性能比共沉淀条件下的要好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池
• 1.1.1 锂离子电池的发展历史
• 1.1.2 锂离子电池的组成及特点
• 1.1.3 锂离子电池的结构及工作原理
• 1.1.4 锂离子电池的应用
• 1.2 锂离子电池负极材料的研究进展
• 1.2.1 锂离子电池负极材料的开发历程与发展趋势
• 1.2.2 锂离子电池负极材料的选择
• 1.2.3 碳类负极材料
• 1.2.4 合金类负极材料
• 1.2.5 锡基负极材料
• 1.2.6 其它的负极材料
• 1.2.7 水热法制备锂离子电池负极材料
• 1.3 本课题研究内容
• 2SnO₄负极的水热法制备及其电化学性能研究'>第二章 Zn₂SnO₄负极的水热法制备及其电化学性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂与仪器
• 2.2.2 样品的合成
• 2.2.3 样品的检测和电化学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 碱的浓度的确定
• 2.3.2 反应温度的确定
• 2.3.3 碱的浓度对样品形貌的影响
• 2.3.4 碱的浓度对样品电化学性能的影响
• 2.3.5 不同电压下样品的循环性能研究
• 2SnO₄负极的充放电机理'>2.3.6 Zn₂SnO₄负极的充放电机理
• 2SnO₄负极的循环伏安研究'>2.3.7 Zn₂SnO₄负极的循环伏安研究
• 2.4 结论
• 2SnO₄负极的共沉淀法制备及其电化学性能研究'>第三章 Zn₂SnO₄负极的共沉淀法制备及其电化学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂与仪器
• 3.2.2 样品的合成
• 3.2.3 样品的检测和电化学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 溶液PH值的确定
• 3.3.2 煅烧温度的确定
• 3.3.3 煅烧温度对样品形貌的影响
• 3.3.4 煅烧温度对样品电化学性能的影响
• 3.3.5 循环伏安曲线
• 2SnO₄负极的性能比较'>3.4 两种方法制备Zn₂SnO₄负极的性能比较
• 3.5 结论
• 第四章 Mg-Sn复合氧化物的制备及其电化学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂与仪器
• 4.2.2 样品的合成
• 4.2.3 样品的检测和电化学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 水热前驱体的TG和DTA曲线
• 4.3.2 两种方法所得前驱体和煅烧后样品的XRD图谱
• 4.3.3 两种方法所得前驱体和煅烧后样品的SEM图
• 4.3.4 水热前驱体的电化学性能研究
• 4.3.5 水热前驱体煅烧后所得样品的电化学性能
• 4.3.6 水热前驱体在800℃煅烧所得样品的循环伏安曲线
• 4.3.7 两种方法所得样品的电化学性能比较
• 4.4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢