表面原位多层石墨烯化负极材料的制备与纳米SnO2复合研究

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石墨材料作为已经商业化的负极材料,具有来源丰富且电化学性能稳定的特点。多层石墨烯具有优异的导电率、良好的储锂性能、能量密度更高等优点,但由于其高比表面积使得材料易于团聚。将石墨表面多层石墨烯化可以兼具二者的优势,提高石墨负极材料的性能。本文通过混合熔盐的方法使得石墨表面原位多层石墨烯化,材料的电导各向同性和电子电导率增强的同时也提高嵌锂能力,改善了容量及循环性能。与此同时,在负极材料表面复合纳米SnO2,提高负极材料的容量性能。通过XRD、SEM、BET、CV、EIS和粒度分析等手段对材料进行测试表征。采用混合熔盐的方法对鳞片石墨进行表面多层石墨烯化处理。研究KCI、LiCl和KN03用量,烧结温度,烧结时间对材料的结构和性能的影响。最佳制备条件为:石墨与混盐(KCI、LiCl)质量比为1:24;石墨与KN03质量比为为1:13;烧结温度为370℃;反应时间为6h。经过混合熔盐处理后的石墨材料表面出现明显的多层石墨烯化结构,比表面积与孔容适当增加。O.1C倍率下,首次放电比容量可以达到403.6mAh/g,首次充电比容量为397.3mAh/g,30次充放电循环充电容量保持率为98.1%,倍率性能也有很大提升。通过溶胶法使得金红石型SnO2颗粒均匀的分布在多层石墨烯化石墨材料的表面,而多层石墨烯化的结构并没有被明显改变。当Sn复合量为8%时材料的首次放电和充电比容量分别为472.7mAh/g和455.3mAh/g,第二次放电比容量为451.6mAh/g,放电比容量保持率为95.5%,30次放电比容量保持率为94.1%,30次充电比容量保持率为97.1%。Sn02负载在多层石墨烯化石墨材料表面,在充放电过程中Sn02被还原成Sn,形成Sn/表面多层石墨烯化石墨复合材料,缓冲了在充放电过程中Sn的体积膨胀,同时电导各向同性得到提升。CV循环显示氧化与还原峰电位之差降低,电化学可逆性增强,峰电流增大,体现了Sn/表面多层石墨烯化石墨复合材料良好的导电性和容量,证明了表面多层石墨烯化的结构使得材料各向同性增强,电导率提高,循环性能得到提升。EIS阻抗测试表明表面复合纳米Sn02的材料的电荷转移电阻更小,Li+在材料内部扩散的Warburg阻抗更小,SEI膜阻抗降低。
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