SnO2基负极材料在全/半电池中的储锂性能调控及其机理

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z09tt
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
二氧化锡(SnO2)负极因为来源丰富、价格低廉、无毒无害、比容量高(1494 m A h/g)等特点一直被当作最具应用潜力的下一代负极材料之一。然而循环稳定性差、固态电解质膜(SEI)不稳定等问题也限制着SnO2负极的商业化应用。本论文针对SnO2基负极材料SEI膜不稳定、循环稳定性差、转化反应电压平台较高等缺点,通过球磨的方法制备了SnO2-Li2CO3/G和SnO2-Co-P-C负极材料。首先针对SnO2基负极材料SEI膜不稳定的问题通过行星球磨制备了SnO2-Li2CO3/G负极材料。所制备的SnO2-Li2CO3/G负极材料具有非晶Li2CO3颗粒和SnO2晶粒复合并负载在石墨片层间的独特结构。SnO2-Li2CO3/G电极得到了79.6%的高首次库伦效率,在0.2 A/g的电流密度下,经过350次循环能贡献927.5 m A h/g的可逆充电比容量以及96%的容量保持率。将电流密度提高至1 A/g时,经过900次循环SnO2-Li2CO3/G电极仍能得到超过1200 m A h/g的稳定充电比容量,表现出十分优异的长循环稳定性能。Li2CO3的作用机理为促进SnO2-Li2CO3/G材料SEI膜致密稳定的生成,抑制纳米SnO2颗粒的团聚,同时阻断Sn颗粒的团聚粗化的长程扩散路径,保持材料纳米结构的稳定性,从而有效地抑制体积膨胀效应以及SEI的持续生长,提高SnO2转化反应可逆性,实现SnO2-Li2CO3/G材料的高首次库伦效率以及优异的循环稳定性。使用不同反应类型负极材料与Li2CO3复合,以及使用SEI膜中的其他稳定无机成分与SnO2复合所制备的负极都表现出了优异的电化学性能,证明了本论文所发展的方法的广泛适用性。随后使用所制得的性能优异的SnO2-Li2CO3/G负极材料与Li Fe PO4正极材料配对进行了全电池的研究。LFP||SnO2-Li2CO3/G2:1和LFP||SnO2-Li2CO3/G1.5:1两种全电池在0.01-3.45 V电压范围内首次库伦效率分别为80.1%和77.8%,LFP||SnO2-Li2CO3/G2:1全电池中SnO2-Li2CO3/G负极首次放电比容量达到944.6m A h/g,经过30次循环后容量保持率为92.7%,表现出较好的循环稳定性能及较高的可逆比容量。根据SnO2-Li2CO3/G材料的电化学反应区间将LFP||SnO2-Li2CO3/G全电池的截止电压调整为2.5-3.45 V,该电压范围下的全电池经过100次循环仍能保持95.5%的容量,具备约为2.8 V较高中值输出电压,为SnO2基负极材料在全电池中的应用奠定了良好的基础。最后,为解决SnO2基负极材料转化反应部分的电压平台过高,容量难以在实际运用中得到利用的问题,利用P材料与SnO2负极进行复合调控了SnO2负极的脱锂电压。使用行星球磨30h制备的SnO2-P材料充电电压平台较纯SnO2材料降低了约0.5 V。在SnO2-P材料的基础上进一步球磨复合Co得到了SnO2-Co-P材料,改善了材料中SnO2转化反应的可逆性。通过使用高能摆振球磨制备SnO2-Co-P材料改善了P引起的容量衰减。为了进一步改善循环性能,通过不同碳材料的复合以及制浆工艺的探索得到了循环性能较好的SnO2-Co-P-EG以及SnO2-Co-P-NG:CG=1:1电极,经过200次循环分别能得到约700 m A h/g的可逆比容量以及约86%的容量保持率。在2.0-3.5 V电压范围内测试的LFP||SnO2-Co-P-EG:CG全电池40个循环后保持了约95%的容量,循环稳定性能优异。使用原位XRD等分析明确了SnO2-Co-P材料的作用机理。其中Co的加入改善了SnO2的转化反应可逆性,从而提高材料的首次库伦效率和循环性能;P的加入与SnO2转化反应生成的Sn产生化合,以Sn P以及LixSn P合金的形式进行脱嵌锂,改变了SnO2脱嵌锂的反应路径,从而降低了SnO2的充电电压平台,同时提高了材料的首次库伦效率。
其他文献
<正>~~
目的良好的颈椎序列是维持头颈部正常活动的重要保证,尤其是对于脊髓型颈椎病患者,颈椎术后矢状位曲度与患者颈部疼痛症状、神经功能改善及健康相关生活质量评分(HRQOL)有一
目的:比较数字乳腺断层(DBT)及超声对致密型乳腺内病变的诊断效能。方法:收集2017年3月至2018年11月于中国医科大学附属盛京医院行数字乳腺断层及超声检查的患者资料,严格按
目的观察持续引流脑脊液并静脉注射氟康唑治疗隐球菌性脑膜炎的效果和不良反应。方法将20例新型隐球菌性脑膜炎患者按随机分为治疗组10例和对照组10例,治疗组持续引流脑脊液
随着我国社会经济的不断发展,耕地资源开发利用的广度和深度不断扩展,耕地的生产效率和生产规模逐步提高。与此同时,耕地利用过程中由农用品投入、灌溉、农业机械等能源的使用而导致的碳排放量也飞速增长,随之带来了诸如农业中心北移、耕地生产力受损等危害。东北地区是我国八大经济区中的产粮大区,其由耕地利用造成的碳排放问题更应该得到重视。基于此,本研究以东北地区为研究区,以低碳经济和可持续发展理论为理论基础,运用
目的探讨AF系统治疗胸腰椎骨折失败的原因以及预防措施。方法对应用AF系统治疗的78例资料完整的胸腰椎骨折病例进行回顾性分析,按照骨折类型、植骨融合方式、是否使用横杆以及
为了制备出低析氢过电位的电极材料,高效率、低能耗的制取氢气,利用脉冲电沉积法在纯铜表面制备Ni-Sn-Mo非晶合金镀层。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、循环伏安法、电
文章简述了“厄尔尼诺”现象的由来及危害性,对造成世界气候异常所引来的气象灾害,特别分析了由于“厄”现象在某些地域产生的高温干旱而引起的森林火灾.作者用我国50年代以
本研究以河北杨(Populus hopeiensis Hu et Chow)1年生嫩枝为外植体,通过对不同培养阶段最佳培养基与生长调节剂浓度的筛选,建立了河北杨的高效再生体系。并在此基础上,以河
实验基本技能的培养在高职药学专业的教育中具有举足轻重的作用。本文从以下几个方面讨论了如何做好高职药学专业实验基本技能的教学工作:重视实验预习报告和抓好课堂教学,举办