SnO2/生物质碳复合材料的制备及其电化学性能研究

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近年来,随着科学技术的不断发展,人们对便携电子设备,电动运输工具等新兴产业需求的不断增加,锂离子电池得到了广泛关注。作为一种新能源设备,锂离子电池具有杰出的能量密度、高的库伦效率以及稳定的充放电循环性能等优点。目前,应用最为广泛的负极材料为石墨,它的理论容量为372 mAh g-1,已经无法满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。为了解决这个问题,SnO2负极材料得到了广泛的研究,其理论容量可达782 mAh g-1。但SnO2负极材料在充放电过程中由于巨大的体积膨胀(>300%),导致了严重的粉化和聚集,因此对SnO2负极进行改性有着巨大的意义。本文以稻壳、玉米秸秆、汉麻秸秆三种生物质为原材料制备碳源,既减少了生物质资源的浪费,又降低了碳源的成本。稻壳、玉米秸秆、汉麻秸秆生物质碳可以缓解SnO2的体积膨胀,也可以提高电极的导电性,从而提高了复合材料的电化学性能。本文对SnO2/生物质碳复合材料进行电化学测试及微观结构分析,主要研究内容和结论如下:(1)使用氢氧化钠溶液处理稻壳来提取纤维素,并以纤维素为碳源包覆超细SnO2纳米粒子,通过水热反应进行复合,再进行进一步碳化,得到SnO2/稻壳纤维素复合材料。为了证明SnO2/稻壳纤维素杰出的电化学性能,相同实验条件下得到对比样葡萄糖包覆超细SnO2纳米粒子(SnO2/葡萄糖)。经测试发现SnO2/稻壳纤维素具有优良的电化学性能。SnO2/稻壳纤维素在0.2 C倍率下,经100次循环后,放电比容量可达930 mAh g-1,在高倍率1 C下仍达到586 mAh g-1,且具有较好的循环稳定性,电化学性能明显优于SnO2/葡萄糖。(2)使用氯化钙溶液浸渍玉米秸秆,在高温下对处理过的玉米秸秆进行活化,制得多孔玉米秸秆碳。通过水热反应使超细SnO2纳米粒子进入多孔玉米秸秆碳孔道中,得到具有特殊三维结构的SnO2/多孔玉米秸秆碳复合材料,相比于多孔玉米秸秆碳,SnO2/多孔玉米秸秆碳的放电比容量有着较大的提高。通过实验研究了掺杂比例对复合材料电化学性能的影响,当超细SnO2纳米粒子和多孔玉米秸秆碳掺杂质量比为1:1时,复合材料的电化学性能更优异。在0.2 C倍率下,经100次循环充放电后,它的放电比容量仍可维持在623 mAh g-1。(3)将氯化锌与汉麻秸秆粉末进行混合研磨,在高温下进行碳化,得到汉麻秸秆碳。通过水热反应使超细SnO2纳米粒子与汉麻秸秆碳进行充分复合,制得SnO2/汉麻秸秆碳复合材料。实验研究了不同煅烧温度对复合材料电化学性能的影响,当煅烧温度为500℃时,SnO2/汉麻秸秆碳复合材料展示出更加优越的电化学性能。在0.2 C倍率下,100次循环后放电比容量稳定在556 mAh g-1
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