【摘 要】
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随着社会不断的发展和经济技术的不断进步,人类大量过度使用化石能源导致其急剧减少,人们需要发展新的能源技术。锂离子电池具有很多优点,其运用在各个领域。但是金属锂价格
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随着社会不断的发展和经济技术的不断进步,人类大量过度使用化石能源导致其急剧减少,人们需要发展新的能源技术。锂离子电池具有很多优点,其运用在各个领域。但是金属锂价格昂贵、分布不均等问题限制了其发展。金属钠储量丰富且钠元素和锂元素位于同一主族,化学性质十分相近,因此可以作为一种潜在的补充品和替代品。二氧化锡(SnO2)在钠离子电池中有着较高的理论比容量(~667 mAh·g-1),然而其导电性差以及在循环过程中容易发生体积膨胀,这些缺点限制了其发展。碳气凝胶(CA)是一种新型多孔碳材料,其本身比表面积较高且导电性良好。将其与SnO2进行复合能改善SnO2直接作为钠离子电池负极的体积膨胀、电导率低等缺点。本文主要研究工作包括以下几个方面:(1)首先采用工艺简单、绿色环保、成本较低的新型方法制备了CA,对其形貌结构进行了测试,结果表明所得CA整体是一种蜂窝形状,且比表面积高达1760m2·g-1。对CA作为钠离子电池负极材料的电化学性能进行分析,在0.05 A·g-1电流密度下循环50次能保持106.3 mAh·g-1放电比容量。同时,对购买的SnO2进行了微观结构、循环性能和倍率性能等电化学性能测试。(2)基于SnO2和CA本身较差的电化学性能,采用球磨法制备CA/SnO2复合材料,使CA和SnO2得到充分复合,SEM测试结果表明,SnO2分布在碳气凝胶的骨架中;充放电循环测试表明,CA/SnO2复合材料在0.05 A·g-1电流密度下,循环50次能保持193.7 mAh·g-1的放电比容量,相比于SnO2,提高了电化学性能。(3)为了克服球磨法制备CA/SnO2复合材料容易造成CA孔结构粉碎且SnO2颗粒较大等不足。通过真空浸渍法制备了CA/SnO2复合材料,SEM和BET测试结果表明,制备的SnO2颗粒尺寸约为20 nm,且CA的多孔结构保持完好,部分SnO2颗粒填充到CA的孔里面;电化学测试表明,真空浸渍法制备的CA/SnO2复合材料在0.05 A·g-1电流密度下循环100次能保持203.9 mAh·g-1的放电比容量,SnO2循环过程中的体积膨胀得到一定程度的缓解。(4)真空浸渍法制备时间较长、效率低。因此采用简单的水热法制备了CA/SnO2复合材料,TEM测试结果表明,SnO2尺寸为纳米级别同时分布均匀,一部分SnO2颗粒填充在CA的孔洞中;电化学测试结果表明,水热法制备的CA/SnO2复合材料在0.05 A·g-1电流密度下循环100次能保持235 mAh·g-1的放电比容量,优于SnO2的性能。
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