论文部分内容阅读
近年来,锡基金属氧化物负极和富锂锰基正极由于具有比目前石墨负极和钴酸锂正极更高的理论比容量而备受关注。然而,锡基金属氧化物负极存在的主要问题是循环过程中电极材料较大的体积应力变化和较弱的电子导电性,容易造成电极材料发生破碎粉化和缓慢的电化学反应动力学,导致循环和倍率性能迅速下降。富锂锰基正极则存在首次不可逆容量大以及循环和倍率性能差等问题。这些问题严重阻碍了锡基金属氧化物负极和富锂锰基正极的商业化应用。对锡基金属氧化物负极材料进行空心纳米结构构建不仅可以有效缓解材料的体积膨胀,而且也可以缩短锂离子的迁移距离,有利于提高材料的循环和倍率性能。石墨烯由于其优异的导电性能和机械性能,将其与锡基金属氧化物负极材料复合时能够在增强电极材料整体导电性的同时有效限制其体积变化。在富锂锰基正极材料表面包覆一层尖晶石结构修饰层能有效防止电解液对电极材料的腐蚀,抑制循环过程中正极材料的结构变化,提高锂离子的迁移系数,从而提升材料的循环和倍率性能,并减少首次不可逆容量。本论文主要研究内容和结论如下:(1)使用简单的原位共沉淀法并结合热处理手段合成石墨烯包覆非晶锡酸钴空心纳米立方块(H-CoSnO3@RGO)、单纯锡酸钴实心(S-CoSnO3)和空心(H-CoSnO3)纳米立方块,并使用多种表征手段对三种样品的形貌、结构以及电化学储锂性能进行了对比研究。得益于锡酸钴内不同金属氧化物组分间的协同效应、独特的空心结构以及石墨烯的修饰,使得制备的H-CoSnO3@RGO作为负极时表现出优异的循环性能和倍率性能,在500 mAg-1的电流密度下循环500次后比容量保持在1919 mAh g-1,5000 mAg-1的电流密度下循环时依然能保持528 mAh g-1的比容量。(2)使用共沉淀法结合高温混锂烧结技术制备富锂锰基Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2正极材料,系统研究了不同烧结温度下(750℃,800℃,850 ℃,900 ℃)样品的结构、形貌及电化学性能,并得出850 ℃下烧结的样品具有最佳的电化学性能。在此基础上对850 ℃下烧结的样品进行多巴胺包覆,通过碳化诱导表面形成尖晶石结构包覆层制备Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2@SPINEL富锂锰基正极材料。改性后样品的电化学性能得到显著提升,在0.2 C的电流密度下循环50次后比容量保持在258 mA h g-1,首次库伦效率为82.3%,5.0 C的电流密度下循环时依然能保持175 mA h g-1的比容量,显示出优异的循环和倍率性能。