【摘 要】
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锂离子电池是非常重要的充电储能器件,具有广泛的应用,如便携式电子设备和电动/混合动力汽车。清洁能源汽车的发展,特别是纯电动汽车的要求,需要有具有更高的容量,更好的循环
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锂离子电池是非常重要的充电储能器件,具有广泛的应用,如便携式电子设备和电动/混合动力汽车。清洁能源汽车的发展,特别是纯电动汽车的要求,需要有具有更高的容量,更好的循环和倍率性能的新的负极材料。一些过渡金属氧化物由于有比商用石墨电极更高的比容量,受到了广泛的注意。本文通过一种简单的刮涂工艺成功地在铜箔表面制备出具有三维网络结构的金属氧化物碳复合涂层。将溶解了SnCl2或硝酸锌、聚丙烯腈(PAN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的DMF溶液刮涂在铜箔表面在真空中烧结制备出含有相互分支的碳枝条的SnO2-C和ZnO-C两种复合涂层。通过研究这两种复合涂层,探究这种方法制备的金属氧化物-碳复合涂层的电化学性能。利用XRD、拉曼、XPS和TGA的测试手段分析复合涂层的成分和物相组成。再使用SEM、TEM和bet测试来分析复合涂层的微观结构以及纳米微孔的情况。最后通过电化学测试分析复合涂层的循环性能以及倍率性能。结果表明:SnO2-C复合涂层是由宽度为0.1-1μm的多孔无定形碳基枝条构成。碳基枝条含有大量尺寸1-5nm的微孔,并镶嵌了大量直径在30-100 nm的准球形无定形SnO2纳米粒子。复合涂层在50m A/g电流密度下循环100圈以后仍然有642mAh/g的放电比容量,还拥有很好的倍率性能,在200 m A/g,500 m A/g,1 A/g,2 A/g,5 A/g和10 A/g的电流密度下,稳定的放电比容量分别为533 mAh/g,463 mAh/g,397 mAh/g,364 mAh/g,314 mAh/g和276 m Ah/g。ZnO-C复合涂层也是由宽度为0.1-1μm的碳基枝条相互连接形成连续的三维网络结构,碳基枝条内包含ZnO纳米粒子和尺寸约为2nm的微孔。ZnO-C复合涂层负极材料在0.1A/g电流密度下经过100次循环后的比容量为855mAh/g,并且在循环过程中未出现容量衰减现象;在5A/g大电流密度下的比容量为418mAh/g,为0.1A/g电流密度下比容量的51.3%。这种制备方法流程简单,制备出的两种复合涂层有良好的电化学性能,特别是优异的倍率性能,使它们有希望成为下一代锂电池负极材料的候选人。
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