Zn2SnO4纳米材料的制备及其作为锂离子电池负极材料的研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l521wubing
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
合成特殊形貌的负极材料、制备复合材料是目前对负极材料改性用得较多的手段之一。特殊形貌通常有一维的纳米线、纳米管;二维的纳米片;空心球等,前两种形貌有利于实现电子在电极材料中的快速传输与转移,缩短锂离子的运输路径;而空心球通常具有较大的比表面积,可以提供更多的嵌锂位置,增大电解液与电极接触界面;复合材料中的各个组分可以产生良好的协同效应,缓解充放电过程中的体积变化,从而保持结构的稳定性,可以有效提升电极整体性能。Zn2SnO4由于理论容量高、电导率高、制备简单、环保友好等特点被用作锂离子电池负极材料,引起了研究者极大的兴趣。然而,合金机制的Zn2SnO4基类负极材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化,导致材料粉末化和从集流体上脱落,最终导致比容量迅速衰减、循环稳定性差、高倍率性能较差,这大大限制了其商业化应用。已报道的文献中,对于Zn2SnO4的改性主要从合成特殊形貌及制备复合材料这两方面开展,但效果均不显著,依然未从根本上解决上述缺点。本论文以纳米锡酸锌的制备为主线,分别合成了纳米多级空心球结构的Zn2SnO4及Zn2SnO4/Mn3O4复合材料,并研究了其锂离子电池性能。另外,本论文还首次探讨了ZnSn(OH)6作为锂离子电池负极材料时的电化学性能。主要研究结果如下:(1)利用氨水、聚丙烯酸(PAA)、Zn(CH3COO)2·2H2O、Na2SnO3·4H2O为原料,通过简单的一步水热法合成了多级空心ZnSn(OH)6纳米球材料,其中氨水作为OH-1的来源。通过观察不同PAA用量下产物的形貌详细研究了P. AA的用量对产物形貌的影响;同时也探讨了水热时间对ZnSn(OH)6形貌的影响。将所得前驱体在空气氛围中煅烧,可得形貌保持的Zn2SnO4纳米多级空心球结构。其中,将PAA用量为0.75g时得到的Zn2SnO4多级纳米空心球组装成纽扣电池,与已报道的一些文献相比,我们的样品样品表现出更好的循环稳定性及倍率性能,在1A g-1电流密度下循环60圈,比容量仍高达442.8 mAh g-1。对比多种形貌的Zn2SnO4的电化学性能结果表明,PAA用量为0.50g时得到的前驱体及产物具有最优的电化学性能,这说明锂离子电池性能受材料的结构和尺寸的影响。另外,我们首次研究了ZnSn(OH)6作为锂离子电池负极材料时的电化学性能,该材料在1A g-1电流密度下,1000圈后比容量仍保持在741.9 mAh g-1。上述两种空心球结构优异的电化学性能可能归因于: (i)多孔球形结构有利于充放电过程中电子的传输和Li+与活性物质的接触;(ii)高的比表面积增大了电解液与活性物质的接触; (iii)空心结构能缓解充放电过程中材料体积的变化,从而保持结构的稳定性; (iv)组装成空心球的结构单元一维纳米针有助于性能的提升。(2)首次通过一步水热法合成了一维Mn3O4/Zn2SnO4多级结构复合物,该多级结构由Zn2SnO4纳米针长在Mn3O4纳米棒上而构成。通过对比分析MnO2及最终产物Mn3O4/Zn2SnO4的晶体结构,我们提出了晶格匹配的生长机理。锂离子电池测试结果表明Mn3O4/Zn2SnO4多级结构具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。该电极材料分别在100、1000 mA g-1电流密度下经过50次循环其可逆比容量仍达到577.4、529.9mAhg-1。该材料具有优异电化学性能的原因可以归结为:(i)一维多级结构有利于充放电过程中锂离子的传输;(ⅱ) Mn3O4和Zn2SnO4之间的协同效应;(iii)纳米针牢固的长在纳米棒上,增加了材料的稳定性;(iv)一维分级结构具有较大表面积,增加了材料与电解液的接触面积。另外,依据“晶格匹配”的理论,我们同时合成出了Mn3O4/ZnFe2O4, Mn2O3/CoFe2O4及Mn2O3/NiFe2O4复合结构,并简单研究了其电化学性能。
其他文献
超级电容器为一种新型的优良储能器件。与传统静电电容器相比,超级电容器具有更高的能量密度;与电池相比,具有更大的功率密度。超级电容器具有瞬间释放特大电流、充放电效率高、循环寿命长等特点,从而在世界范围内引起了极大关注。超级电容器的研究,主要集中在高性能电极材料和电极的制备上。本文选定廉价的氧化锰作为超级电容器的电极材料,结合多种电化学研究手段和材料研究测试方法,系统地研究了超级电容器的材料制备、电解
本文通过对荣华二采区10
期刊
用于OLED(Organic Light Emitting Diodes)的磷光材料主要包括一些重金属如铱、铂等的配合物,这些配合物中心离子d轨道上强烈的自旋轨道耦合导致单重态和三线态能级的混合而出
启动子的识别是基因识别的重要组成部分。对启动子区的认识,不仅有助于实验室分析研究,而且还可以为人类认识全基因组功能、基因表达调控机制以及人类疾病与启动子多态性或突变
遥距修复家中计算机问题Desktop Orbiter 大家有没有试过在上班时间内,收到家里或朋友的来电,表示计算机发生问题,极需要自己出手相助?可惜自己分身不暇,难以赶去现场解疑难
期刊
请下载后查看,本文暂不支持在线获取查看简介。 Please download to view, this article does not support online access to view profile.
期刊
自住建部等九部门7月18日印发《关于在人口净流入的大中城市加快发展住房租赁市场的通知》以来,先后有广州、成都、北京等9城市公布方案,保障租购同权;广州、合肥等近20个城
现在,网上虚拟社区非常红火,很多人甚至想,现实生活能像在网上那样生活就好了。实际上,这个愿望并不是海市蜃楼,智能家居就能让人在一定程度上实现这个愿望。智能家居对于我
当今时代,信息传播途径日新月异,以微博、微信等为代表的“自媒体”迅速被大学生所接受和使用,在使用方便的同时也可能诱发虚假信息的快速传播,造成青年学生的思想动荡甚至重