SnO2-導電聚合物異質(zhì)結構納米棒陣列的構筑及其電化學性能研究.pdf

1、隨著能源需求量的不斷增長，太陽能、風能等可再生能源受到了前所未有的關注。與此同時，探索具備優(yōu)良性能的新型儲能設備也成為當今世界一個熱點。鋰離子電池，由于其比容量大、循環(huán)壽命長、充放電速率快等優(yōu)點，在電子設備和電動汽車領域顯示出巨大的實用價值。在鋰離子電池中，電極材料既是至關重要的一部分同時也是制約鋰離子電池發(fā)展的關鍵之一。因此，設計構筑新型電極材料兼具現(xiàn)實價值與理論意義。二氧化錫，作為一種新型的鋰離子電池負極材料，由于其具有高容量、低成

2、本、環(huán)境友好等優(yōu)點，得到了人們越來越多的關注。然而，二氧化錫作為電極材料也存在諸如以下的一些問題：二氧化錫在充放電過程中會產(chǎn)生較大的體積膨脹，不僅會破壞電極材料的結構，嚴重影響材料的循環(huán)性能，同時體積變化導致 SEI膜的反復形成與破裂，消耗大量電解液中的鋰離子導致庫倫效率降低。另外，二氧化錫較低的電子電導和離子電導使得電極材料難以實現(xiàn)高倍率充放電。因此，如何解決二氧化錫在充放電過程的膨脹破碎等問題，以及提高電子電導率和離子電導率，以提高

3、其循環(huán)性能和倍率性能，是本文的主要任務。
　　本研究采用水熱法制備出形貌均一的二氧化錫納米棒陣列，并采用電化學沉積的方法，成功的構筑出二氧化錫/導電聚合物納米棒陣列結構，得到電化學性能更為優(yōu)異的納米棒陣列電極材料。本文采用多種測試手段對所得的二氧化錫/導電聚合物納米棒陣列的合成、結構以及性能進行了系統(tǒng)的研究，并解釋其生長機理以及結構性能相關性。主要內(nèi)容包括：⑴利用合成出的形貌均一的二氧化錫納米棒陣列，采用電化學沉積的方法成功構筑出

4、二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結構納米棒陣列，對所得樣品進行XRD、SEM、FTIR等結構、物相分析表征，分析所得產(chǎn)物制備參數(shù)與形貌結構之間的關系，并解釋其生長機理。⑵對二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結構納米棒陣列進行電化學性能測試，結果表明在所得的兩種異質(zhì)結構的二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結構納米棒陣列中，二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)分支結構顯示出相對優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率特性。在100圈循環(huán)后，依然有506 mAh/g的比容量。在20圈到100圈次容量衰減率僅有0.5

5、79％，遠低于二氧化錫/聚苯胺納米片分級結構（1.150%）以及二氧化錫納米棒陣列結構（1.151%）。這一性能優(yōu)異得益于二氧化錫/聚苯胺異質(zhì)結構良好的機械完整性以及三維的電子傳到特性。⑶采用恒流計時法沉積聚吡咯薄膜，分別成功構筑出二氧化錫/聚吡咯同軸結構以及二氧化錫/聚吡咯薄膜狀結構。利用聚吡咯較高的導電率以及離子滲透率，提高其倍率性能以及循環(huán)性能。對其進行TEM, FTIR, EDS等形貌、物相表征，分析所得產(chǎn)物物相和形貌之間的關系

6、，并解釋其改性機理。⑷采用恒流充放電法，交流阻抗等測試方法對所得產(chǎn)物進行電化學性能表征，發(fā)現(xiàn)二氧化錫/聚吡咯薄膜狀結構的電化學相性能相比于二氧化錫/聚吡咯同軸結構以及未包覆的二氧化錫在循環(huán)性能和倍率性能上都有很大的提高。在200mA/g的電流密度下，經(jīng)過300次循環(huán)后其比容量為683mAh/g，其在20圈到第300圈時的次容量衰減率僅為0.097%，遠低于二氧化錫/聚吡咯同軸結構0.627%以及二氧化錫納米棒陣列結構（3.14%）。其優(yōu)