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随着人类社会的高速发展,对能源的消耗越来越大。传统的石油、煤炭等自然能源资源,由于不可再生、环境污染等,已经不能很好地适应可持续发展的需要。锂离子电池由于具有能量密度大、环保、可持续发展等优点,已经被广泛应用于社会的各个方面。电极材料是影响电池性能的关键,因此,开发高能量密度、价格低廉、环保的电极材料显得尤为重要。目前,商业化的石墨碳,因其价格低廉、循环稳定性好,被作为负极材料的主流。但是,其理论容量较低(372 mAh/g),限制了其进一步发展。因此,需要发展高能量密度的负极材料。锡基材料因具有高比容量(Sn和SnO2分别是994和1494mAh/g),是下一代负极材料的候选材料之一。但是,锡基材料在充放电过程中,容易出现结构崩塌、材料粉碎,导致循环性能较差。因此,需要对锡基负极材料的进行改性。许多学者通过碳/石墨烯包覆,纳米化设计,金属/非金属离子掺杂等方法对锡基负极材料进行改性,减缓其在充放电过程中产生的体积膨胀,稳定结构,提高电化学性能。本文在总结大量学者对锂离子电池锡基负极材料的研究的基础上,研究介孔碳包覆纳米Sn,氟掺杂多孔碳修饰SnO2,金属W掺杂碳纳米片包覆SnO2,金属氧化物MoO2、SnO2与碳纳米片的三相复合材料,TiN、SnO2与碳纳米片的三相复合材料的微观结构、物相结构和电化学性能。以海藻酸钠作为螯合剂吸附金属Sn2+离子和作为碳源,采用凝胶溶胶和热解法制备出介孔碳包覆纳米化Sn。通过材料表征和电化学性能测试,结果表明纳米化Sn和介孔碳的包覆可以有效减少材料在嵌脱锂过程中的应力和缓解体积膨胀。介孔碳包覆纳米化Sn复合材料在1 A/g电流密度下,经过550次充放电循环,容量仍达到1116 mAh/g。在大电流5 A/g电流密度循环10次,具有406 mAh/g的容量,表现出很好的大电流充放电性能。由于介孔碳的包覆,减缓体积膨胀,稳定结构。因此,得到优异的循环稳定性能。此外,嵌入在碳中的纳米化Sn,缩短了电子和离子的传输距离,提高的离子的传输速率和电子的转移速度,因而得到优异的大电流充放电性能。NaCl作为模板,采用湿法球磨和高温热解的方法制备出氟掺杂多孔碳修饰SnO2复合材料。通过材料表征和电化学性能测试,结果表明氟掺杂多孔碳修饰SnO2复合材料可以有效抑制体积膨胀并表现出良好的电化学性能。氟掺杂多孔碳修饰SnO2复合材料在0.2 A/g电流密度下经100次充放电循环,容量仍达到820 mAh/g;在2 A/g电流密度下经800次充放电循环,容量保持在820 mAh/g。由于氟掺杂在碳和SnO2中,一方面,由于F-具有强电负性,提高吸附锂离子的能力,提高材料的容量;另一方面,由于氟掺杂形成稳定的F-Sn和F-C健,因此能够稳定材料的结构,抑制复合材料在充放电过程中的体积膨胀。采用水热法和干磨法合成的钨掺杂碳纳米片包覆SnO2复合材料,通过材料表征和电化学性能测试,结果表明钨掺杂碳纳米片包覆SnO2可以提高首次库伦效率和稳定结构,获得优异的电化学性能。钨掺杂碳纳米片包覆SnO2复合材料在0.2 A/g电流密度下经500次充放电循环,可获的820 mAh/g的容量和76.2%的高首次库伦效率。在片状石墨中,W掺杂不仅可以防止Sn在Sn/Li2复合物中发生聚集和增强可逆转化反应,还可以提高电子电导率。另一方面,SnO2纳米颗粒不仅可以缩短离子的扩散路径,还可以提供更多的活性位点来存储锂离子。为稳定SnO2结构,引入金属氧化物MoO2,采用高能球磨的方法制备出MoO2-SnO2-C三相复合材料。通过材料表征和电化学性能测试,结果表明MoO2能够抑制SnO2发生团聚,稳定结构,因而获得优良的电化学性能。MoO2-SnO2-C三相复合材料在0.2 A/g电流密度下300次经充放电循环,可获的1210 mAh/g的容量和73.45%的高首次库伦效率;在1.0 A/g电流密度下经1000次充放电循环,可获的630 mAh/g的容量;在5.0 A/g的大电流密度下,可获得688 mAh/g的高倍率容量。金属氧化物MoO2在充放电过程中具有抑制Sn的粗化,并可以提高可逆反应,促使Sn/Li2O转化为SnO2,提高首次库伦效率。另一方面,纳米化的SnO2可以提高锂离子的扩散速率和电子的转移速率,因而获得优异的倍率性能。同时,超薄的碳石墨片骨架起到保护材料结构,缓解体积膨胀,固定纳米MoO2和SnO2颗粒,因而提高电化学循环稳定性。采用高能球磨合成TiN/SnO2@C复合材料,通过材料表征和电化学性能测试,结果表明TiN具有增强导电性和稳定SnO2结构的作用,因此获得优异的电化学性能。TiN/SnO2@C复合材料在0.2 A/g电流密度下经100次充放电循环,可获的837 mAh/g的容量;在1.0 A/g电流密度下经1000次充放电循环,可获的987 mAh/g的容量;在5.0 A/g的倍率下放电比容量为467 mAh/g。由于TiN具有增强电子的导电性,同时通过Ti-N-O健稳定材料的结构,抑制SnO2在充放电过程中的体积膨胀,提高复合材料的电化学性能。