不同形貌聚吡咯对SnO2负极电化学性能的改善-论文.pdf

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1、V0lI35高等学校化学学报No．52014年5月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES1051—1056doi：10．7503／cjcu20131034不同形貌聚吡咯对SnO2负极电化学性能的改善彭鹏，温兆银，刘宇，杨建华(中国科学院上海硅酸盐研究所能量转换重点实验室，上海200050)摘要在预先原位合成的聚吡咯溶液中通过简单沉淀得到SnO／聚吡咯负极材料，对材料的结构、形貌进行了表征并对材料的电化学性能进行了研究．发现不同形貌的聚吡咯对负极材料的电化学性能存在一定影响：SnO：负极材料在球状聚吡咯体系中比在管状聚吡咯体系中的电化学性能优越，首次库仑效率提高

2、至77．6％，60次循环后仍剩余600mA·h／g的可逆比容量．关键词SnO／聚吡咯负极；管状聚吡咯；球状聚吡咯；锂离子电池中图分类号0646文献标志码A锂离子电池具有开路电压高、比能量密度大、循环寿命长、无污染和无记忆效应等优点，是极有应用前景的新型能源．随着对锂电池功率及效率需求的不断提高，因为可与Li形成合金而具有很高比容量的sn，sb，si，Ge等u负极材料越来越引起人们的重视．它们的氧化物因具有特殊的性质也备受关注，例如SnO具有特定的导电性，理论比容量(783mA·h／g)是石墨负极的2倍多J，已被应用于锂离子电池负极材料中[41．SnO在脱嵌锂过程中发生两步反应：(1)SnO+4

3、Li+4e一一2Li2O+Sn的不可逆过程，生成具有更高脱嵌锂性能的Sn；(2)Sn+xLi+xe—F—LiSn(0<<4．4)，即锡的脱嵌锂反应J．sn负极在电化学脱嵌锂过程中产生的机械应力会使合金活性物质粉化，并迅速丧失与集流体的电接触，致使容量衰减J，而SnO负极因首次嵌锂反应生成了惰性Li0，能有效缓解sn脱嵌锂过程的体积效应，从而提高了锂离子电池的循环稳定性．合成SnO的方法有共沉淀法、溶胶一凝胶法、模板法等．聚吡咯(PPy)作为导电聚合物的一种，具有导电率高、对空气稳定性好、弹性强、黏附性好、能发挥类似黏结剂的作用形成导电通道的特点，mJ，有利于提高电极性能．Yuan等¨在喷雾热解

4、得到的SnO表面聚合一层聚吡咯，20次循环后剩余比容量为400mA·h／g；Shao等在多壁碳纳米管模板沉淀的SnO：表面包覆一层聚吡咯，形成三层棒状结构，3O次循环后剩余比容量400mA·h／g．尽管这些方法能得到理想的显微结构，但是制备工艺较复杂，成本较高，材料不易获得．本文充分利用聚吡咯良好的弹性和黏附性来缓解SnO：体积膨胀造成的材料破碎，从而保持电极材料与集流体的电接触，结合其导电性及结构支撑体的作用，全面提高复合负极材料的电化学性能．1实验部分1．1试剂与仪器吡咯单体(纯度99％)，Sigma．Aldrich公司，使用前保存于一4℃的冰箱内；牛磺酸、过硫酸铵[(NH)s：O。]、二

5、水合氯化亚锡(SnC1·2HO)、甲基橙和六水合三氯化铁(FeC1，·6H：O)均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司．实验用水为二次去离子水．D／max2550VB3+／PC型x射线衍射仪(日本Riguka公司)，cu靶，Ka1射线，A=0．154056nm，工作电压40kV，工作电流100mA，扫描范围10。～80。，扫描速度6~／min；TENSOR27型红外光谱仪(德国Bruker公司)；JSM-6700型扫描电子显微镜(SEM，日本电子公司)；Netzsch409PC型热重分析仪收稿日期：2013．10-23．基金项目：国家自然科学基金(批准号：51373195)资助．联系人简介：温兆

6、银，男，博士，研究员，主要从事固态二次电池及器件研究．E·mail：zywen@mail．sic．ac．cn彭鹏等：不同形貌聚吡咯对SnO负极电化学性能的改善一c—H振动峰'．SnO：中sn一0一sn的特征振动峰"出现在659CITI一处．由于材料在空气中表面不可避免地吸收了部分水分，在3433cm处出现了一0H的振动峰，在1637cm处出现了H—O—H的振动峰[18]．g’．盘譬‘音器lO0200300400500600700800Temperature／*CFig．3IRspectraofG-PPy(a)，SnO2／G·PPy(b)，Fig．4TGcurvesofT-PP)r(a)，G-P

7、Py(西)，SnO2／T-PPy(C)andSnO2／T-Pl(d)T-PPy(C)andSnO2／G-PPy(d)图4中的热重曲线表明，4种材料在温度达到700℃之后均达到失重平衡状态，故以在700cc时的残余质量作为材料的剩余质量．T-PPy和G—PPy的热重曲线显示，当温度达到700℃时，PPy残余质量仅为5％左右，几乎全部失重．SnO：／PPy材料在空气气氛中受热时，由于SnO不发生反应，