SnOx/CNFs锂离子电池负极材料硼掺杂改性研究

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锂离子电池虽然在日常生活中得到了很好的应用,但是锂离子电池在全电动车上的应用一直存在局限性。想要能够成功地研发出性能更加优异的锂离子电池,其关键之一就是电极材料的研发。近年来,由于锡基负极材料高比容量、成本低等优点而成为了国内外研究热点,但其本身存在致命性缺点即在脱嵌锂的过程中体积变化过大从而性能变差。把碳材料作为基体和锡基材料相结合形成锡碳复合材料(SnOx/CNFs)可以有效缓解循环过程中的体积变化,然而纳米化后的复合材料的可逆比容量、循环寿命等电学性能仍然有不足之处。异质元素引入到(SnOx/CNFs)复合材料中能对电学性能的提高起到促进作用。  本文通过静电纺丝以及一系列热处理过程,制备得到了不同碳化温度下硼掺杂的锡碳复合材料以及不同硼掺杂量的锡碳复合材料,并采用扫描电镜、高分辨率透射电镜、X射线衍射仪、热失重分析仪、拉曼分析仪、X射线光电子能谱仪以及电学测试仪器对材料进行了结构、组成和电化学性能的表征,探究最佳碳化温度以及最佳的硼酸加入量,并对于硼酸掺杂原理进行了分析。经研究发现,碳化温度的提高以及硼酸含量的增加,都会使复合材料的有序化度得到提升。在电化学性能上,碳化温度为700℃时复合材料的电学性能最佳,而900℃时电学性能最差。而在700℃下,硼酸掺杂量为1.5wt%的复合材料的电学性能最佳,电流密度为200 mA·g-1且在100圈循环后仍可以保留670.2 mAh g-1的放电比容量,同时未加入硼酸的只有565.7 mAh·g-1,提高近20%而且无明显衰减现象。在2000mA·g1倍率下其比容量仍可高达300mAh· g-1,且100次循环后纤维仍能保持良好的形貌。电学性能的提高认为是硼酸的加入和SnOx形成了B-O…Sn的这种网状结构,能够有效抑制在充放电过程中Sn的体积膨胀和颗粒团聚,从而改善复合材料的电学性能。
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