锂离子电池负极材料SnO2中空球的制备及改性研究

摘要

我国是世界电池生产与消费的第一大国，绿色二次电池是一种可循环使用的高效洁净新能源，是综合缓解能源、资源和环境问题的一个重要技术途径，是电动车辆、储能调峰电站、不间断电源等重大应用的关键环节，也是当今便携式时代的主要工作电源。可充电锂离子电池代表一个完整的能源储存技术，是现在最受欢迎的便携式电子产品的电源。锂离子电池由于其优异的充放电性能和安全无公害等特点，发展极快，深受各国重视。因为锂离子电池的能量密度大，平均输出电压高，不污染环境，使用锂离子电池电源使电子产品质量轻便化的众多优点，锂离子电池已经被广泛用于各种类型的电子产品中。锂离子电池已经深入到生活的每个方面，小到手机、手电筒，大至卡车、游轮、鱼雷都遍布着锂离子电池的足迹。
　　目前已经产业化锂离子电池的负极材料是碳基材料。但是碳基材料在锂离子电池充放电过程中十分的不安全，后果严重的甚至会危机到人的生命。
　　正是由于碳基负极材料存在着的多种缺陷，新型、高效的锂离子电池负极材料的研制才引起了人们浓厚的兴趣。因此，各种各样的过渡金属氧化物进入人们的视野，开始被人们用作锂离子电池负极材料。其中二氧化锡(SnO2)作为一种绿色无毒、自然界储量丰富、有较高的理论比容量的优秀半导体材料，它的制备方法简单，具有较低的氧化电位，几年来被广泛的应用在气体传感器和锂离子电池负极材料的研究中。
　　但是由于二氧化锡在充放电循环过程中巨大的体积膨胀而导致的容量快速衰减，以及它本身很差的导电性，严重的制约着二氧化锡的应用。为了应对这些缺点，人们也采取了很多措施，例如，众所周知的方法就是设计多种多样的二氧化锡的纳米结构，来增加二氧化锡的比表面积，比如说纳米管、纳米球或者中空球，这些结构都可以通过缩短锂离子的扩散距离来提高容量和循环特性。有些研究者采用第二相手段，尝试制备出二氧化锡与石墨或者其他纳米材料进行复合。相比纯相的二氧化锡材料，经过包覆以后，材料的电化学性能有显著的提高。也有些科学工作者把二氧化锡与一种或多种与锂电化学活跃或不活跃的元素（如Ca、Co、Ti及Ni）进行复合，可以有效的帮助主要合金化的金属承受部分体积变化，改善复合材料的导电率，从而得到更稳定的锂离子循环活性材料。
　　本论文研究主要围绕以下三方面工作展开：
　　1.探索制备二氧化锡中空球的最佳实验条件，并和二氧化锡颗粒进行电化学性能对比。实验结果表明：较大的表面积有利于样品材料在脱嵌锂过程中加速锂离子的扩散，从而提高了材料的反应速率和电化学活性。进一步提高了二氧化锡材料本身的储锂能力。
　　2.用水热法Al掺杂的SnO2中空球，测试材料的电化学性能。经过一系列物理表征证明Al掺杂并未改变原始SnO2的相结构，和纯SnO2相比Al掺杂的SnO2中空球循环稳定性能有很大的提高。
　　3. Li4Ti5O12在充放电的过程当中具有十分优良的结构稳定性，但是本身的理论容量比太低。我们设计出用制备的Li4Ti5O12纳米片对二氧化锡中空球进行包覆的想法，利用Li4Ti5O12优良的结构特性去限制在充放电过程中 SnO2的体积膨胀。结合两种材料的优势，我们希望提高复合材料的电化学性能。

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第1章 绪论

1.1锂离子电池概述

1.2 锂离子电池的工作原理及性能特点

1.3 锂离子电池的结构

1.4 SnO2负极材料的研究现状

1.5 材料的性能表征设备

1.6本论文的研究内容和意义

参考文献

第2章 SnO2中空球的电化学性能

2.1二氧化锡的晶体结构

2.2 SnO2中空球的制备方法概述

2.3实验结果与讨论

2.4本章小结

参考文献

第3章 铝掺杂SnO2中空球的电化学性能

3.1 样品制备

3.2 物理表征

3.3 电化学分析测试

3.4 本章小结

参考文献

第4章 Li4Ti5O12纳米片的电化学性能

4.1 Li4Ti5O12样品制备

4.2 物理表征

4.3 电化学分析测试

4.4 本章小结

参考文献

硕士期间发表的文章

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