锂_钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究

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1、论文分类号：０１学校代码：１０７０８学号：ＢＳ１５０２００１浼蚤＃孩大ｆ？ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳｔＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ博士学位论文Ｄ’ｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒＤｏｃｔｏｒｓＤｅｇｒｅｅ锂／钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究ＳｔｕｄｏｎＳｎｔｈｅｓ－ｙｙｉｓｏｆＴｉｎｂａｓｅｄＡｎｏｄｅｓＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＴｈｅｉｒＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒ－Ｌｉｔｈ

2、ｉｕｍ／ＳｏｄｉｕｍｉｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ程娅伊指导教师姓名：黄剑锋教授学科名称：．材料物理与化学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学原创性声明及关于学位论文使用授权的声明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明

3、＾本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：务獻日期：个关于学位论文使用授权的声明本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供

4、信息服务。保密论文在解密后应遵守此规定（）论文作者签名：导师签日期：加仪年心月申请工学博士学位论文论文题目:锂/钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能的研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院博士生：程娅伊导师：黄剑锋教授2018年5月StudyonSynthesisofTin-basedAnodesMaterialsandTheirElectrochemicalPerformanceforLithium/Sodium-ionBatteriesADisse

5、rtationSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringScienceByYayiChengSupervisor:Prof.JianfengHuangMay,2018锂/钠离子电池用锡基负极材料的制备及电化学性能研究摘要锡基材料由于其较高的理论容量、易制备、无污染的特点而被广泛用作-1锂/钠离子电池负极材料，

6、例如单质Sn的理论嵌钠容量可达847mAhg，-1SnO2的嵌钠容量为1378mAhg。然而，锡基负极材料在锂/钠离子脱嵌过程中产生较大的体积变化（嵌钠：420%；嵌锂：259%）导致电极结构粉化并从集流体上脱落，造成可逆容量迅速衰减，这是合金类负极材料普遍存在的问题。目前，解决上述问题的办法主要包括：调控纳米结构或其它特殊结构、制备复合材料，这些方法的本质在于提高电极结构稳定性和电化学反应活性，以提高电极材料的可逆容量、循环稳定性和倍率性能。本论文针对Sn、SnO2和SnSex各自的发展现状以及存在的

7、问题开展研究，主要创新性成果包括：（1）通过PVP辅助室温液相还原法成功制备了具有空心球结构的Sn纳米晶，该空心结构由5nm的Sn纳米颗粒组装而成。研究发现空心结构比实心结构的Sn具有更好的结构稳定性，在充放电体积变化较大的阶段（364%），空心结构能够承受体积变化所产生的应力，比实心结构Sn电极表现出更高的嵌钠容量。（2）以导电碳黑superP作为碳基体得到了SnO2/superP复合材料，其中2~5nm的SnO2均匀地负载在superP的表面，该复合电极比纯SnO2表现出更优异的电化学储钠性能。实验

8、结果表明superP可以缓解SnO2在钠离子脱嵌过程中的体积变化，提高电极结构稳定性，同时superP作为导电基体，提供电荷高速传输的通道以促进电化学反应。（3）采用水热及碳化热解的方法得到了核壳结构的SnO2/C，Sn/SnO2/C和Sn/C复合材料，其中Sn和SnO2纳米颗粒均匀分散在碳微球中。对比三种复合电极的储钠性能发现，Sn/SnO2/C三元复合电极比SnO2/C及Sn/C表现更高的可逆容量和更好的循环稳定性，这源于Sn、SnO2