钠离子电池锡基负极材料的制备与改性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tandr001
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锂离子电池被广泛用作便携式消费类电子产品的能源,然而锂盐资源的高成本以及有限的可用性,限制了锂离子电池的大规模应用。钠离子电池具有较低的成本,但能量密度普遍低于锂离子电池。为了提升钠离子电池能量密度,需要探究具有高比容量负极材料的合成工艺。锡基材料具有较高的比容量但在循环的过程中会发生材料的粉化,循环稳定性差。本文在锡基负极材料的合成以及碳包覆改性方面进行了相关的研究,提升了其在钠离子电池中应用的性能。首先通过溶剂热法以及球磨法对磷化锡合金材料的合成进行了探索,并进行了相应的表征。通过对反应时间进行控制,得到了纯相Sn4P3晶体材料。对其进行循环性能测试,首次放电容量达到513.43 m Ah/g,循环至100圈时,剩余比容量为60.69 m Ah/g,容量保持率为14.41%。采用普通球磨法合成无定形Sn4P3材料,其颗粒颗粒尺寸为微米级。对其进行循环性能测试,首次放电容量达到754.48 m Ah/g,循环至100圈时,剩余比容量低于10 m Ah/g,保持率较差。因球磨法操作简便,粉体颗粒粒径小且产量高,具有明显的工程应用优势,因此将球磨条件改为高能湿法球磨,并通过对球磨时间进行控制,合成Sn4P3与Sn P3两组磷化锡材料。其中Sn4P3-36 h与Sn P3-36 h组粉体均达到纳米级颗粒,循环性能测试100圈其比容量保持率为均为60%以上,相比有显著的提升。采用高能球磨碳包覆的方法对纳米级磷化锡晶体材料进行进一步的改性,在其表面包覆韧性碳层,合成纳米级复合材料。改性后得到的材料循环性能显著提升,其中Sn P3/C-36组其首次放电比容量为670.02 m Ah/g,第二次放电比容量为498.62m Ah/g,循环100圈后剩余比容量为407.91 m Ah/g,容量保持率为81.72%;Sn4P3/C-36组,其首次放电比容量为739.57 m Ah/g,第二次放电比容量为430.74 m Ah/g,循环100圈后剩余比容量为469.29 m Ah/g,容量未发生衰减。为了追求更高的比容量,我们采用高温固相反应法合成层状Sn Se材料,并对其采用高能球磨辅助退火处理的改性方法,在合成的Sn Se材料表面得到还原包覆碳层,合成Sn Se/C复合材料。对其进行电化学性能测试,Sn Se/C材料的首次放电比容量为876.58 m Ah/g,第二次放电比容量为681.61 m Ah/g,当循环进行100圈后,剩余比容量为563.74 m Ah/g,容量保持率为82.78%,在保持较高可逆比容量的同时具有良好的循环性能。
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