Sn基微米带的制备及其储锂性能研究

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锂离子电池(LIBs)在储能领域占有举足轻重的地位,在锂离子电池负极材料中,锡基材料因其高理论容量、安全反应电位、储量丰富和价格便宜等优势,具有很好的应用前景。在本论文中,我们设计和制备了多种Sn基与碳复合的微米带,对其成分、形貌及电化学性能开展了研究,主要研究工作和结论如下:(1)利用静电纺丝技术成功制备了SnOx/C微米带,作为锂离子电池负极材料,它显示了优秀的电化学性能,包括高的可逆容量和优异的循环表现,循环200次之后,其容量仍可达768 mAh g-1。本方法简单,高效,而且制备的材料属于环境友好型,具有很好的应用前景。(2)利用静电纺丝技术并结合热退火工艺成功地制备了大尺度SnO2/C复合微米带(U-SnO2 NPs@CF-MBs),作为锂离子电池负极材料,在半电池和全电池电化学性能测试中发现Sn和SnO2之间的转换是高度可逆的。半电池在0.2 A g-1的电流密度下可提供比容量高达925 mAh g-1,在5 A g-1的电流密度下可提供比容量高达464 mAh g-1并且在1.5 A g-1的电流密度下,循环1000次之后可提供比容量仍高达788 mAh g-1。全电池在0.2 A g-1的电流密度下循环80次之后可提供比容量仍高达510 mAh g-1。U-SnO2 NPs@CF-MBs复合材料与LiCoO2组成全电池可以点亮32个并联的LED灯供电维持超过40分钟。这些测试结果共同说明微米材料和纳米材料优势相结合的新颖设计可以提升SnO2在下一代LIBs的电化学性能,同时这种技术可以很容易地拓展到其它相关的材料合成中去。(3)利用静电纺丝和水浴法相结合制备核壳结构SnO2@C微米带。采用常规表征手段对其样品的结构、微观形貌进行了表征。实验结果表明:核壳结构SnO2@C复合材料微米带电极在0.3 A g-1的电流密度下循环300次后,可逆容量为1227 mA h g-1。在10 A g-1的电流密度下循环可逆容量仍可达509 mA h g-1。在全电池测试中,在0.3 A g-1的电流密度下循环100次后容量为588 mA h g-1。无论是在半电池还是在全电池中,Sn和SnO2的转换是高度可逆的。这项工作可以促进微米尺度的核壳结构SnO2@C复合材料在商业化中使用。
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