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美中锂/钠离子应用二氧化锡负极材料最新研究成果概要
2018月02月14日 发布 分类:技术前沿 点击量:782
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锡基材料是一种理想的锂/钠离子电池负极材料,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/钠离子存储能力,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。

 

氧化锡-石墨烯杂化材料的扫描电镜图像


最近,华盛顿州立大学的研究人员利用石墨烯结构支撑的氧化锡纳米晶体,大大提高了电池性能。研究小组解释说,这项技术也可用于锂离子电池,使其更具吸引力。在他们的研究中,研究人员通过将致密的纳米二氧化锡与三维石墨烯结构紧密结合,解决了衰减问题。据报道,他们的混合结构坚固,连接良好,多孔,允许更好地传输电子和离子。他们的研究表明,这种材料极大地提高了两种电池的充电容量和速率,混合材料“表现出优异的电化学性能”。研究人员还测试了电池的材料。


无独有偶,去年7月华中科技大学光电学院硕士生敖翔在导师王春栋副教授的指导下采用了一种合理设计的双模板方法制备出了具有新颖结构的蜂窝状二氧化锡/碳复合电极材料。

(a)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料的扫描电镜图;(b)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料的透射电镜图;(c)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料在锂离子电池中的循环性能;(d)蜂窝状二氧化锡/碳复合材料在钠离子电池中的循环性能


此方法采用了纳米二氧化硅小球作为模板,制备空心二氧化锡小球结构,同时采用立方形氯化钠模板得到片状碳结构,最终得到空心二氧化锡纳米小球镶嵌在层状碳薄膜当中的纳米结构。此结构中二氧化锡具有较高的理论比容量且所设计的碳片能够有效地将二氧化锡小球连接在一起不仅有利于增强材料的导电性,促进电子或离子的传输,同时二氧化锡小球包覆在碳膜当中可对其体积膨胀起到一定的限制作用,二氧化锡小球中的空腔结构也会为它的体积膨胀提供一定的缓冲空间,这种合理的设计使得此电极材料表现出了非常优异的电化学性能在锂(钠)离子电池中。该材料在100 mA g-1的电流密度下循环100次后储锂容量和储钠容量分别达到928.9和251.5 mAh g-1,可见该材料具有良好的循环稳定性,及较高的储锂容量和储钠容量,具有一定的商业化潜力。


粉体圈 编译整理


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