納米SnO2鋰電負(fù)極材料的研究進(jìn)展

楊 歡，喬志軍

（天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300387）

1 SnO2單相

Min-Sik Park等人采用蒸汽法制備了一維的SnO2納米線，將球磨后的SnO與Sn復(fù)合材料置于管式爐中，未添加金屬催化劑的硅板置于其下游，利用自蒸發(fā)和自催化原理制備出直經(jīng)范圍在200～500nm的納米線，其比容量能達(dá)到1134 mAh/g，首圈庫倫效率為46.9%，遠(yuǎn)高于氧化錫顆粒的首圈庫倫效（31.9%）。D Narsimulu等[1]人采用微波水熱法，以SnCl2為Sn源，檸檬酸提供酸性環(huán)境，不添加其他模板或表面成型劑，制備出二維的SnO2多孔納米片。在100mA/g的電流密度下，首圈放電比容量為1350mAh/g，首圈庫倫效率為62%，經(jīng)50次循環(huán)比容量為257.8 mAh/g。Lou等人采用水熱法制備SnO2中空納米球，基于Ostwarld成型機(jī)制，以K2SnO3為錫源，通過調(diào)節(jié)溶液濃度有效的控制中空球尺寸。首圈庫倫效率達(dá)到90%，并且經(jīng)40次循環(huán)后放電容量保持在400mAh/g以上。

2 SnO2@碳復(fù)合電極

碳類材料由于具有良好的柔韌性與導(dǎo)電性，所以被大量用于解決SnO2體積膨脹大、易于粉化、團(tuán)聚失活等問題。Lin等[2]人采用葡萄糖和SnCl2溶液為原料，制備出SnO2中空球并被包覆于碳層內(nèi)的SnO2@碳復(fù)合材料，SnO2的厚度可由SnCl2的濃度控制，0.1mol/L和1mol/L的SnCl2分別制備出的厚度為15nm和60nm的SnO2中空球。在5C的電流密度下仍可保持500 mAh/g的比容量。納米中空球可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的高度可逆，而碳層不僅能為體積膨脹一共緩沖，還能為Sn的團(tuán)聚提供隔離作用。Huang等[3]人提出以三維多孔微立方SnO2為核，分別包覆SiO2和間苯二酚甲醛,采用Stober法碳化并用HF溶解SiO2，制備出具有中空層結(jié)構(gòu)的SnO2@C復(fù)合電極，經(jīng)120次循環(huán)后比容量達(dá)到870.9mAh/g，保持率達(dá)到71.4%，長循環(huán)性能大大提升?？梢娂{米多孔的SnO2材料不僅能提供較大的比表面積并且能有效緩解團(tuán)聚效應(yīng)的發(fā)生，結(jié)合殼層碳材料，極大的提高的電極的長循環(huán)壽命以及能量密度。

3 SnO2@其他材料

為提高整個電極的能量密度與穩(wěn)定性，大量研究將SnO2與金屬或金屬氧化物進(jìn)行復(fù)合，希望此類材料能與SnO2在充放電過程中發(fā)生協(xié)同作用，緩解由于SnO2的體積膨脹而產(chǎn)生的團(tuán)聚或脫離基體失活等問題。Hilal kose等[4]人制備出均勻?qū)咏Y(jié)構(gòu)的SnO2-ZnO-rGO復(fù)合電極，采用溶膠凝膠法制備納米氧化物粉，經(jīng)過簡單的超聲沉積處理，將SnO2-ZnO置于rGO層中，100次循環(huán)后比容量達(dá)到731 mAh/g。Jiang等[5]人采用靜電吸附作用將銅離子與錫離子負(fù)載于石墨烯制備出，SnO2/Cu/石墨烯復(fù)合電極。利用銅的高導(dǎo)電性促進(jìn)SnO2之間的結(jié)合，加速電子的傳遞，并且阻隔SnO2抑制團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。經(jīng)200次循環(huán)，比容量仍保持在896 mAh/g。Sun等[6]人采用燒結(jié)-水熱兩步法將Sn-SnO2錨定在碳納米管上制備出Sn-SnO2@碳納米管復(fù)合電極，并且研究表明Sn會抑制SnO2的過度生長，從而得到納米級的SnO2復(fù)合物。與同種方法制備的SnO2@碳納米管相比其長循環(huán)穩(wěn)定性能提高了2倍，經(jīng)1000次循環(huán)后比容量仍可達(dá)744 mAh/g，可見Sn與SnO2之間的協(xié)同作用十分有效的緩沖了SnO2的體積膨脹和團(tuán)聚。

4 結(jié)語

隨近年來大量研究針對氧化錫基材料的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，但目前其體積膨脹、導(dǎo)電性差等問題還有要進(jìn)一步解決。并隨研究手段的不斷升級和提高，對材料的結(jié)構(gòu)形貌的控制均有提升，對于催化劑在的殘留也有了進(jìn)一步的純化過程，減少副反應(yīng)的發(fā)生。筆者對于高性能納米SnO2負(fù)極提出的的建議：增大SnO2的比表面積、建設(shè)三維多孔結(jié)構(gòu)，抑制氧化錫之間的團(tuán)聚并提高導(dǎo)電性。同時(shí)對材料的表面進(jìn)行修飾，緩沖氧化錫的體積膨脹，抑制材料的脫落。