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[讨论] 浅谈纳米二氧化锡在锂电池中的应用

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发表于 2020-10-8 14:29:49 | 显示全部楼层 |阅读模式

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纳米二氧化锡(VK-Sn30)由于对可见光具有良好的通透性,在水溶液中具有优良的化学稳定性,且具有特定的导电性和反射红外线辐射的特性,因此在锂电池领域也被广泛应用。

纳米二氧化锡(VK-Sn30)是一种全新的锂离子电池阳极材料。它不同于以往的碳阳极材料,是一种无定型的,同时又有金属元素存在的无机体系,微观结构是纳米级的无定型二氧化锡颗粒组成。纳米二氧化锡具有其独特的嵌锂特性,它的嵌锂机理与碳材料有着很大的差别。

对二氧化锡的嵌锂机理现在有两种解释:第一种机理: 锂离子嵌入二氧化锡中发生还原反应,将四价锡还原成二价锡,然后锂离子继续嵌入生成亚锡酸锂。即:xLi+ +Sn02+xe- *LixSn02。第二种机理:在纳米二氧化锡嵌锂过程中,首先是锂离子嵌入二氧化锡材料中,发生还原反应,使这些无定型的纳米二氧化锡颗粒还原为纳米金属锡颗粒,然后锂子继续嵌入与金属锡形成合金。反应如下:4Li+Sn02+4e-→Sn+2Li20  YLi++Sn+ye-→LiySn

就目前的研究来看,第二种机理的解释似乎更符合实验结果。
纳米二氧化锡(VK-Sn30)的充放电表明, 第一周的循环中在0.7V产生一个大的不可逆平台,大约有700mAh. g-1的不可逆容量。这是由于锂离子嵌入纳米二氧化锡材料中发生了不可逆的还原反应。在以后的循环中,充放电循环呈良好的可逆过程,不同制备方法生成的纳米二氧化锡材料具有不同的可逆容量,大约在500800mAh.g-1。在不同电流密度下测试纳米二氧化锡的嵌锂可逆容量,发现即使在大电流1 mAh.g-1 的充放电下,纳米二氧化锡仍具有约200 300mAh. g-1的可逆容量。

对纳米二氧化锡的嵌锂过程的研究表明,由于纳米二氧化锡(VK-Sn30)的颗粒为纳米级,并且其颗粒空隙间也为纳米尺寸,为锂离子的嵌入提供了很好的纳米嵌锂通道和嵌锂位置,因此纳米二氧化锡(VK-Sn30)具有大的嵌锂容量和良好的嵌锂性能,尤其是在大电流的充放情况下,仍具有较大的可逆容量。纳米二氧化锡材料为锂离子阳极材料提出了一个全新的体系,它摆脱了以往停留于碳材料的体系,己引起了越来越多的注意和研究。

此外,纳米二氧化锡(VK-Sn30)复合材料也是目前开发的一个热点,在制备SnO2材料的过程中,通过添加少量的掺杂剂,来改善其选择性和降低电阻率,或者SnO2作为掺杂材料。

锡基材料是一种理想的锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量,但由于其在充放电过程中巨大的体积变化导致锡基材料的循环稳定性很差。如何设计并制备出一种新颖的纳米复合结构电极材料,使其既能够展现出优异的锂离子存储能力,有能够在充放电循环过程中保持结构的稳定性,是当前锡基锂/钠离子电池研究领域的热点和难点。

 

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