【摘 要】
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目前,随着科技的不断发展,可持续发展成为必然的趋势。可是在伴随着经济的快速发展过程当中,大量的石油、煤、天然气等不可再生资源被大量的消耗,这不仅严重的威胁到了未来人类的发展,而且随之也带来非常严重的环境污染问题。而锂离子电池作为一种新型能源,因其污染小、无记忆效应、较高的能量密度等优点,引起了人们极大的关注。但是目前商业化的锂离子电池仍存在一些缺点,例如成本高,容易热失控、容量低等,制约其在其他领
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目前,随着科技的不断发展,可持续发展成为必然的趋势。可是在伴随着经济的快速发展过程当中,大量的石油、煤、天然气等不可再生资源被大量的消耗,这不仅严重的威胁到了未来人类的发展,而且随之也带来非常严重的环境污染问题。而锂离子电池作为一种新型能源,因其污染小、无记忆效应、较高的能量密度等优点,引起了人们极大的关注。但是目前商业化的锂离子电池仍存在一些缺点,例如成本高,容易热失控、容量低等,制约其在其他领域的应用。目前市场上的锂离子电池所用的负极材料为石墨,而石墨的理论容量只有372 m Ah g-1。金属锡其理论比容量是石墨的2.5倍左右(990 m Ah g-1),且具有良好的导电性,但这类锡基负极材料存在严重的体积膨胀问题,使得在循环过程中活性物质从集流体中脱落,导致其循环性能变差,阻碍了该类负极材料商业化应用。为了解决锡基负极材料体积膨胀的问题,本文通过模板法,制备出了新型的三维网络结构和纳米片状结构的锡基负极材料,并对其进行了相应的表征测试和电化学性能测试,本论文主要研究工作有以下三方面。（1）Sn/NC复合材料的制备及其电化学性能测试以二水氯化亚锡（SnCl2·2H2O）为锡源,乙二胺四乙酸（EDTA）作为碳源、氮源,以氯化钠为模板,并结合冷冻干燥技术和原位还原法,成功制备出三维网络状结构的复合材料,将其命名为Sn/NC。在Ar气气氛下550℃煅烧得到的Sn/NC复合材料,其金属锡纳米颗粒镶嵌于三维网络状碳骨架中。而且这种网络状结构的存在可以增加活性物质与电解液的接触面积,缩短锂离子的迁移路径,提高复合材料的循环稳定性。对Sn/NC复合材料进行电化学性能测试,测试结果如下:在0.5 A g-1的电流密度下,循环500圈后容量仍保持在1523 m Ah g-1。当电流密度为0.2 A g-1和5 A g-1,容量分别保持在1556.9和697 m Ah g-1,当电流密度重新回到0.2 A g-1时,容量回到1402.8 m Ah g-1。（2）SnCo/NC复合材料的制备及其电化学性能测试以氯化钠为模板,SnCl2·2H2O为锡源,Co Cl2·6H2O为钴源,EDTA即作为螯合剂又作为碳源、氮源,并结合冷冻干燥技术和原位还原法,成功制备出三维网络状结构的复合材料,将其命名为SnCo/NC。惰性气氛下煅烧得到的SnCo合金颗粒镶嵌于三维网络结构中,其中金属锡以合金的形式存在,这可以有效的缓减锡在充放电过程中产生的应力,从而提高材料整体的循环稳定性。对SnCo/NC复合材料进行电化学性能测试,测试结果如下:在电流密度为0.2和5 A g-1下,SnCo/NC复合材料具有高的可逆容量分别为705和305 m Ah g-1。在1 A g-1的电流密度下,SnCo/NC复合材料循环600次后容量为810 m Ah g-1。（3）SnS/Mo S2/C复合材料的制备及其电化学性能测试以金属锡粉（Sn）,SnCl4·5H2O作为锡源,Na2Mo O4·2H2O作为钼源,NH2CSNH2作为硫源,柠檬酸作为碳源,Na Cl为模板,并利用高能行星球磨技术成功制备得到纳米片状结构的SnS/Mo S2/C复合材料。其中SnS和Mo S2纳米颗粒分布碳片中,且Mo S2/C纳米片状的存在不仅提高了复合材料整体材料的机械强度,而且还能缓减金属锡在充放电过程中产生的膨胀应力。对SnS/Mo S2/C复合材料进行电化学性能测试,测试结果如下:将该复合材料作为负极材料制作成扣式电池时,其首次库伦效率高达90.2%,并表现出高的可逆容量。SnS/Mo S2/C复合材料在0.5 A g-1的电流密度下循环250次后,容量保持为840 m Ah g-1;1 A g-1的电流密度下,循环500次后,容量保持在514.5 m Ah g-1。
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