氧化錫因其較高的理論比容量頗受關注，在電化學研究應用中，與碳材料復合改性后可作為鋰離子電池的負極材料。本文選用五水四氯化錫為錫源，氧化石墨烯和葡萄糖作為碳源，采用簡單水解法、水熱處理，可以大量合成 SnO 2 /C 復合材料。通過對產物進行結構的表征、微觀形貌的分析及電化學性能測試，結果表明，氧化錫納米顆粒均勻分散于無定形碳之間，復合材料循環(huán) 100 圈后放電比容量為 541 mA?h/g。相比于純 SnO2納米顆粒，無定形碳能夠抑制氧化錫的體積效應，提高材料整體的導電性，同時改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

研究內容

當前，鋰離子電池已經被大規(guī)模的應用在儲電器件以及動力電源領域，電子產品如筆記本電腦、手機、數碼相機等及動力電源如電瓶車、混合動力和純電動汽車（EV、HEV）。近年來，許多國家均大力支持電動汽車的商業(yè)發(fā)展，給予了經濟以及相關政策的支持，中國科技戰(zhàn)略計劃列出的“十三五”計劃，也重點扶持了電動汽車項目。商業(yè)中使用的正極材料如磷酸鐵鋰（LiFePO4 ）、錳酸鋰（LiMn2O4 ）、鈷酸鋰（LiCoO2 ）、鎳鈷錳酸鋰（LiNixCoyMn1-x-yO2 ）等 ，比容量在 120～180mA?h/g 之間，正極材料的電化學性能在不斷更新和提高。石墨負極材料的理論比容量為372 mA?h/g，其循環(huán)性能優(yōu)異，然而石墨負極的理論比容量和倍率性能仍不能滿足高能鋰離子電池的需求。其他種類負極材料（錫基、硅基等）及其與碳材料復合的研究日益增多。碳材料具有雙重優(yōu)勢，一方面改善材料導電性；另一方面抑制錫基、硅基及金屬氧化物材料的體積效應。金屬氧化物具有理論比容量高、資源儲量大的優(yōu)點，但是在充放電過程中，存在體積效應，材料發(fā)生粉化、與集流體分離的問題，在氧化物表面包裹碳層，可以一定程度上緩解其體積效應。其中，氧化錫因為合成簡便、資源豐富且環(huán)境友好、理論比容量較高（790 mA?h/g），有望取代石墨成為新型負極材料 [10] 。在充放電工作過程中，氧化錫的體積效應及其自身的半導體特性，導致活性物質粉化、固態(tài)電解質膜的碎裂，循環(huán)容量急劇下降，嚴重影響錫基負極材料的量產及商業(yè)化進程。為此，眾多研究者采用各種材料改性方法，如合成納米線狀、納米片狀、納米管和納米棒狀以及空心納米狀等，在一定程度上緩解氧化錫的體積效應。制備合金化錫基負極材料或氧化錫與碳的復合材料同樣有助于緩解電極材料的體積效應。HE 等通過控制水熱反應條件制得直徑約 70nm的SnO2納米棒，經過 30 次循環(huán)后，可逆比容量維持在405 mA?h/g；LI 等通過水熱法制得納米顆粒組裝成的多孔疏松SnO 2 納米球，在充放循環(huán)15圈后，可逆比容量穩(wěn)定在 390 mA?h/g；WANG 等 通過電沉積法在銅箔基體上制得 Sn-Zn/Zn/Cu 的多層薄膜合金，放電循環(huán) 100 圈后比容量為 321 mA?h/g；LOU 等用C6H12O6 作為碳源，水熱處理 K2SnO3的葡萄糖溶液，高溫碳化合成 SnO 2 納米膠體，所得復合材料循環(huán)100圈后，可逆容量為440 mA?h/g，循環(huán)性能優(yōu)于純 SnO2 。本工作合成方法更加簡單易行，采用五水四氯化錫為錫源、乙醇胺作為溶劑，通過超聲輔助溶解、水解方法，可以大量制備 SnO2 納米顆粒，再經過水熱處理獲得無定形碳包覆的 SnO2 /C 復合材料。通過對產物進行結構的表征、微觀形貌的分析及電化學性能測試，結果表明，氧化錫納米顆粒均勻分散于無定形碳材料之間，復合材料循環(huán) 100 圈后放電比容量為 541 mA?h/g。無定形碳能夠提高材料整體的導電性，同時抑制氧化錫的體積效應，改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性，進一步推進了錫氧化物實用性。

結論

以五水四氯化錫為錫源，采用水解法合成氧化錫納米材料；以葡萄糖為碳源，制備氧化錫 / 無定形碳復合材料。利用 XRD 和 SEM 對產物進行結構的表征及微觀形貌的分析，結果表明氧化錫 / 碳復合材料中，SnO 2 均勻地分散在無定形碳的結構里。UH-SnO 2 樣品中 SnO 2 材料均勻地分散在無定形碳材料里，更加有利于提高材料的導電性，材料也表現出較好的電化學性能。UH-SnO2 材料在充放電 100 次后，放電比容量為 541mA?h/g，比容量保持率明顯高于U-SnO2 樣品。SnO2均勻分布在無定形碳的復合結構，不僅減小了電化學阻抗，而且有效的抑制了氧化錫納米顆粒在循環(huán)過程中的團聚，緩沖了體積變化，從而提高了材料的循環(huán)性能和倍率性能。