锡基纳米材料的制备及锂离子存储性能研究

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二氧化锡是一种非常重要的宽禁带(Eg=3.6eV)半导体材料,具有一系列独特的物理、化学性质,在气敏器件、薄膜电阻器、透明薄膜电极、光电子器件、锂离子二次电池以及化学催化等方面有着广泛的应用。本论文在充分调研相关文献的基础上,以锡基材料为研究对象,研究了材料的合成、形貌和结构特征以及在锂离子存储性能等,取得了以下研究成果:1、用水热法结合热处理成功制备了直径在900nm左右的毛绒球状二氧化锡纳米材料。提出了它们的水热生长机理:水热反应初期形成的二氧化锡纳米颗粒迅速成核,并逐渐团聚成纳米片状。无数纳米片进一步自组装成毛绒球形结构以减少材料的表面自由能;电化学性能测试发现,毛绒球状二氧化锡纳米材料具有很高的初始容量,这是因为材料具有较高的比表面积和独特的自组装结构,能够为锂离子的传输和存储提供更多的通道和更大的空间;材料在充放电循环15次之后放电容量仍大于410mAhg-1,高于目前商用锂离子电池负极材料石墨的理论数值,并且具有良好的循环稳定性,有望在锂离子电池中得到应用。2、通过直接热裂解氧化锡和聚偏二氟乙烯(PVDF)混合物获得了Sn02-Sn/C多孔复合材料。测量发现,Sn02/Sn纳米颗粒均匀分散在碳中。将材料用作锂离子电池阳极,在电流密度为100mAg-1时,得到首次放、充电容量分别为1171mAhg-1和611mAhg-1,且具有优异的循环稳定性。在电流密度高达800mA g-1时,仍然有较好的稳定性。材料之所以有优异的储锂性能一方面是因为Sn颗粒分布在复合物中提高了材料的容量,另一方面多孔碳起到了缓冲Sn02/Sn体积膨胀的作用,且具有较高的导电率。
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