淺談納米二氧化錫在鋰電池中的應(yīng)用

時間：2020-10-09作者：杭州萬景新材料有限公司瀏覽：67

淺談納米二氧化錫在電池中的應(yīng)用

納米二氧化錫(VK-Sn30)由于對可見光具有良好的通透性，在水溶液中具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，且具有特定的導電性和反射紅外線輻射的特性，因此在電池領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。

納米二氧化錫(VK-Sn30)是一種離子電池陽極材料。它不同于以往的碳陽極材料，是一種無定型的，同時又有金屬元素存在的無機體系，微觀結(jié)構(gòu)是納米級的無定型二氧化錫顆粒組成。納米二氧化錫具有其*特的嵌特性,它的嵌機理與碳材料有著很大的差別。

對二氧化錫的嵌機理現(xiàn)在有兩種解釋:**種機理: 離子嵌入二氧化錫中發(fā)生還原反應(yīng)，將四價錫還原成二價錫，然后離子繼續(xù)嵌入生成亞錫酸。即:xLi+ +Sn02+xe- *LixSn02。*二種機理:在納米二氧化錫嵌過程中，首先是離子嵌入二氧化錫材料中，發(fā)生還原反應(yīng)，使這些無定型的納米二氧化錫顆粒還原為納米金屬錫顆粒，然后子繼續(xù)嵌入與金屬錫形成合金。反應(yīng)如下:4Li+Sn02+4e-→Sn+2Li20  YLi++Sn+ye-→LiySn

就目前的研究來看，*二種機理的解釋似乎較符合實驗結(jié)果。
納米二氧化錫(VK-Sn30)的充放電表明, **周的循環(huán)中在0.7V產(chǎn)生一個大的不可逆平臺，大約有700mAh. g-1的不可逆容量。這是由于離子嵌入納米二氧化錫材料中發(fā)生了不可逆的還原反應(yīng)。在以后的循環(huán)中，充放電循環(huán)呈良好的可逆過程，不同制備方法生成的納米二氧化錫材料具有不同的可逆容量，大約在500800mAh.g-1。在不同電流密度下測試納米二氧化錫的嵌可逆容量，發(fā)現(xiàn)即使在大電流1 mAh.g-1 的充放電下，納米二氧化錫仍具有約200 300mAh. g-1的可逆容量。

對納米二氧化錫的嵌過程的研究表明，由于納米二氧化錫(VK-Sn30)的顆粒為納米級，并且其顆?？障堕g也為納米尺寸,為離子的嵌入提供了很好的納米嵌通道和嵌位置，因此納米二氧化錫(VK-Sn30)具有大的嵌容量和良好的嵌性能，尤其是在大電流的充放情況下，仍具有較大的可逆容量。納米二氧化錫材料為離子陽極材料提出了一個新的體系，它擺脫了以往停留于碳材料的體系，己引起了越來越多的注意和研究。

此外，納米二氧化錫(VK-Sn30)復合材料也是目前開發(fā)的一個熱點，在制備SnO2材料的過程中，通過添加少量的摻雜劑，來改善其選擇性和降低電阻率，或者SnO2作為摻雜材料。

錫基材料是一種理想的離子電池負極材料，具有較高的理論比容量，但由于其在充放電過程中巨大的體積變化導致錫基材料的循環(huán)穩(wěn)定性很差。如何設(shè)計并制備出一種新穎的納米復合結(jié)構(gòu)電極材料，使其既能夠展現(xiàn)出離子存儲能力，有能夠在充放電循環(huán)過程中保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是當前錫基/離子電池研究領(lǐng)域的熱點和難點。

                                                      
較近，華盛頓州立大學的研究人員利用石墨烯結(jié)構(gòu)支撐的氧化錫納米晶體，大大提高了電池性能。研究小組解釋說，這項技術(shù)也可用于離子電池，使其較具吸引力。
   在他們的研究中，研究人員通過將致密的納米二氧化錫(VK-Sn30)與三維石墨烯結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，解決了衰減問題。據(jù)報道，他們的混合結(jié)構(gòu)堅固，連接良好，多孔，允許較好地傳輸電子和離子。他們的研究表明，這種材料很大地提高了兩種電池的充電容量和速率，混合材料“表現(xiàn)出電化學性能”。研究人員還測試了電池的材料。
  無*有偶，去年7月華中科技大學光電學院碩士生敖翔在導師王春棟副教授的指導下采用了一種合理設(shè)計的雙模板方法制備出了具有新穎結(jié)構(gòu)的蜂窩狀二氧化錫/碳復合電極材料。




(a)蜂窩狀二氧化錫/碳復合材料的掃描電鏡圖；
(b)蜂窩狀二氧化錫/碳復合材料的透射電鏡圖；
(c)蜂窩狀二氧化錫/碳復合材料在離子電池中的循環(huán)性能；
(d)蜂窩狀二氧化錫/碳復合材料在離子電池中的循環(huán)性能

此方法采用了納米二氧化硅小球作為模板，制備空心二氧化錫小球結(jié)構(gòu)，同時采用立方形氯化模板得到片狀碳結(jié)構(gòu)，較終得到空心二氧化錫納米小球鑲嵌在層狀碳薄膜當中的納米結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)中二氧化錫(VK-Sn30)具有較高的理論比容量且所設(shè)計的碳片能夠有效地將二氧化錫小球連接在一起不僅有利于增強材料的導電性，促進電子或離子的傳輸，同時二氧化錫小球包覆在碳膜當中可對其體積膨脹起到一定的限制作用，二氧化錫小球中的空腔結(jié)構(gòu)也會為它的體積膨脹提供一定的緩沖空間，這種合理的設(shè)計使得此電極材料表現(xiàn)出了電化學性能在離子電池中。該材料在100 mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后儲容量和儲容量分別達到928.9和251.5 mAh g-1，可見該材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，及較高的儲容量和儲容量，具有一定的商業(yè)化潛力。


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