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本文采用浸渍负载和原位复合技术分别制备了多种不同锡基碳复合材料,以发挥高嵌锂理论容量的锡基材料与三维多孔碳材料的各自优势,研究了复合制备技术、热处理温度、复合结构及碳材料孔道特征等因素对锡基碳复合负极材料电化学性能的影响。
以SiO2纳米球为硬模板,糠醇为碳源,制备了具有三维网络交织孔道结构的碳材料,利用锡盐溶液的浸渍和渗透,将SnO2颗粒负载到碳基体上,获得了SnO2基多孔碳网复合负极材料。SEM和TEM图表明SnO2纳米颗粒粒径为~5 nm,均匀分散在碳骨架结构的内部孔道空间。首次循环放充电比容量分别为929.6和564.9 mAh/g,10个循环后,实际充电比容量可维持在200mAh/g以上。
以间苯二酚和糠醛聚合而成的可溶性树脂为碳源,F127为模板剂,SnCl2.2H2O为锡源,将锡基材料原位嵌入于三维多孔立体碳材料中,制备了锡基介孔碳复合材料。XRD结果表明锡基材料以SnO2-SnO-Sn三相并存。TEM图显示锡基材料在介孔碳基体上负载密集,粒径小于5nm。经700℃热处理后获得的复合材料电化学性能最佳,经过50次循环后,实际充电比容量为203.4mAh/g。
设计了另一种锡基碳复合材料的原位制备技术。以苯酚和甲醛聚合而成的可溶性酚醛树脂为碳源,F127为模板剂,SnCl2.2H2O的乙醇溶液为锡源,将SnO2纳米颗粒原位复合于有序介孔碳的结构内部,制备了锡基有序介孔碳复合材料,SnO2的实际负载含量为78.8%,其介孔孔道结构有序性好,孔径为~6 nm,比表面积为470.3 m2/g。在33.33 mA/g的电流密度条件下,首次充电比容量分别为942.6 mAh/g,50个循环后容量保持在65.4%,循环稳定性能明显优于有序介孔碳和及其后续负载SnO2后形成的复合材料。在1000 mA/g大电流充放电条件下,循环充电比容量可维持在140 mAh/g以上。