【摘 要】
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碱金属离子二次电池已成为具有实用商业价值或潜在应用的高效储能系统。其中锂离子电池因为具有高比能,低自放电,无记忆效应和长循环寿命的特点,已成为当今便携式电子产品的主要储能电源。Na+和K+在许多方面具有与Li+相似的化学性质,因此钠离子电池和钾离子电池也被认为是可以替代锂离子电池的大型储能电池系统之一,而开发具有高比容量和优良循环稳定性的负极材料是进一步发展碱金属离子电池的关键。本文对两种的不同的
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碱金属离子二次电池已成为具有实用商业价值或潜在应用的高效储能系统。其中锂离子电池因为具有高比能,低自放电,无记忆效应和长循环寿命的特点,已成为当今便携式电子产品的主要储能电源。Na+和K+在许多方面具有与Li+相似的化学性质,因此钠离子电池和钾离子电池也被认为是可以替代锂离子电池的大型储能电池系统之一,而开发具有高比容量和优良循环稳定性的负极材料是进一步发展碱金属离子电池的关键。本文对两种的不同的锡基材料（Cu2SnS3、SnO2）的物理特性和电化学性能开展了详细地研究探索,并取得了一些有意义的结果。这些结果对于锡基材料在高性能碱金属离子电池的应用有着重要的价值和意义。具体的结论如下:1.利用CuS为模板制备了Cu2SnS3纳米板,Cu2SnS3纳米板无论是颗粒分布还是形貌都与CuS保持一致。通过对不同反应时间制备的Cu2SnS3纳米板的XRD分析,理解了其形成机理。首先,CuS纳米板在水热条件下被过量的S2-还原为Cu2S,然后与Sn4+和S2-形成四方相Cu2SnS3纳米板。另外,XRD、拉曼光谱和HR-TEM图像分析共同证实了Cu2SnS3纳米板在500°C的高温条件下,晶体结构会从四方相转变为立方相。2.将Cu2SnS3/rGO纳米板作为锂离子电池、钠离子电池以及钾离子电池的负极材料:在锂离子电池中,Cu2SnS3/rGO纳米板在0.2Ag-1电流密度下循环100次后,放电容量为704mAhg-1;在2.0Ag-1下循环550次后,仍显示出412mAhg-1的放电容量;在钠离子电池中,0.2Ag-1下经70次循环后,放电容量为375mAhg-1;2.0Ag-1下循环220次后,显示出275mAhg-1的放电容量;在钾离子电池中,0.2Ag-1下经过60次循环后,放电容量为297mAhg-1。另外,通过对Cu2SnS3/rGO纳米板在三种储能系统中的动力学特性的分析,发现在三种储能系统中容量贡献均以表面电容行为为主,解释了K+即使不能穿越Cu2SnS3的晶体结构,但仍表现出较好的电化学性能。3.利用氨水将Cu2SnS3微球由内而外刻蚀成空心结构,随后通过退火和选择性浸出法制备了空心多孔SnO2微球。利用双层碳限制策略制备了双层碳包覆的空心多孔SnO2微球复合材料（HPS-SnO2@C@rGO）。一方面,空心和多孔结构为SnO2体积膨胀提供缓冲空间;另一方面,双层碳既能由外弹性限制体积膨胀,又能增强材料整体的导电性。HPS-SnO2@C@rGO用作锂离子电池的负极材料时,具有出色的倍率和循环性能。在0.2Ag-1电流密度下,HPS-SnO2@C@rGO 70次循环后显示出882mAhg-1的高可逆容量,2Ag-1下循环500次循环后仍保持约400mAhg-1。
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