SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成及其電化學(xué)性能研究

欒照金，閆共芹，談尚華

(廣西科技大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，柳州 545616)

0 引 言

鋰離子電池自問世以來，因具有環(huán)保、安全、高能量密度等優(yōu)勢，在移動通信設(shè)備、便攜式設(shè)備以及新能源汽車等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。傳統(tǒng)的鋰離子電池負(fù)極材料是石墨，其理論容量較低，僅為372 mAh/g，因此尋找可替代石墨的高容量負(fù)極材料是材料學(xué)家們一直努力的方向。

近年來，各種金屬氧化物(如Fe3O4、Co3O4、SnO2等)及其復(fù)合材料因具有較高的理論容量，可以用作鋰離子電池負(fù)極材料[4-6]。其中，SnO2具有較低的合成成本和較高的理論容量(約780 mAh/g)，因而備受科研人員的關(guān)注，被認(rèn)為在鋰離子電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，從而成為替代商業(yè)石墨的一種潛在負(fù)極材料。然而，SnO2負(fù)極材料在鋰離子電池充放電過程中體積膨脹明顯并且有嚴(yán)重的顆粒團(tuán)聚，從而會導(dǎo)致較大的不可逆容量損失和較差的循環(huán)穩(wěn)定性。為了解決以上難題，人們制備了具有不同形貌結(jié)構(gòu)的SnO2納米材料并將其與碳質(zhì)材料復(fù)合，以提升其用作負(fù)極材料時(shí)鋰離子電池性能。Zhou等[7]制備了一種一維空心核殼結(jié)構(gòu)SnO2/C復(fù)合纖維，研究發(fā)現(xiàn)，由于復(fù)合材料獨(dú)特的中空核-殼結(jié)構(gòu)提供了足夠的空隙，減輕了充放電循環(huán)過程中SnO2納米粒子的體積變化，從而使得SnO2/C復(fù)合纖維具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。Yang等[8]制備了一種板栗狀的SnO2/C復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，由于具有有限的體積膨脹和出色的機(jī)械強(qiáng)度，一定程度增強(qiáng)了以其作為負(fù)極材料時(shí)鋰離子電池的循環(huán)性能。Wang等[9]采用水熱法合成了碳包覆介孔SnO2納米球的核殼型SnO2/C納米復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料在經(jīng)歷100圈循環(huán)后放電比容量可維持在390 mAh/g左右，高于商用石墨(372 mAh/g)的理論值，擁有較好的循環(huán)性能。Ding等[10]合成了CNF/SnO2@C薄膜，該復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異鋰儲存性能，在0.05 A/g的電流密度下放電比容量為1 286 mAh/g。因此，制備不同形貌結(jié)構(gòu)的SnO2/碳納米復(fù)合材料可顯著提升鋰離子電池負(fù)極材料的儲電性能和循環(huán)性能。

本文采用簡單可控的一步水熱法制備了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，充分利用石墨的良好導(dǎo)電性以及SnO2的高理論比容量等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢協(xié)同作用，使得納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出較高的儲電容量和改善的循環(huán)穩(wěn)定性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

石墨碳粉，分析純，上海華園化工有限公司；五水合四氯化錫(SnCl4·5H2O)，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉(NaOH)，分析純，西隴化工股份有限公司；無水乙醇(C2H5OH)，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；導(dǎo)電炭黑，東莞市多普塑膠原料有限公司；聚偏氟乙烯(PVDF)，東莞市多普塑膠原料有限公司；N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，上海五聯(lián)化工廠有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室自制超純水。

1.2 納米復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備

將0.12 g石墨碳粉加入40 mL超純水中，超聲分散2 h，得到石墨懸浮液。然后，在石墨懸浮液中依次加入1.052 g(3 mmol)SnCl4·5H2O和1.40 g(35 mmol)NaOH。繼續(xù)超聲2 h后，將混合物移入80 mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，并在200 ℃下反應(yīng)18 h。反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，分離得到固體產(chǎn)物，并用去離子水和無水乙醇清洗多次，然后在65 ℃下干燥10 h，獲得SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)。作為對照，采用類似的合成方法但不添加石墨，可獲得單一的SnO2分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

1.3 形貌與成分表征

采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(德國蔡司公司，型號 SIGMA，掃描電壓 10 kV)表征合成樣品的形貌，并采用其附加的能量色散X射線譜儀(EDS)分析合成材料的元素構(gòu)成；采用X射線衍射分析儀(丹東浩元儀器有限公司，Cu靶Kα射線，測試電壓為40 kV,電流40 mA，掃描角度范圍：10°～90°)分析合成樣品的結(jié)構(gòu)。采用XploRA INV 多功能拉曼及成像光譜儀(HORIBA 科技公司,波長：532 nm，測試范圍：250～3 000 cm-1)測試合成樣品的拉曼光譜。采用比表面與孔隙度分析儀(美國麥克儀器，型號ASAP 2020 Plus)測試合成樣品的氮吸附-脫附等溫曲線和孔徑分布。

1.4 電化學(xué)性能測試

將上述制備的納米材料(石墨、SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu))、導(dǎo)電炭黑、PVDF按質(zhì)量比7∶2∶1混合并與N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合制成漿料，均勻涂覆在銅箔上，在60 ℃干燥12 h后裁成圓片，即可得到鋰離子電池負(fù)極。以鋰片作為對電極，聚丙烯微孔膜為隔膜，濃度為1 mol/L的 LiPF6/EC+DMC溶液作為電解液，在手套箱中組裝成紐扣電池。在室溫下，通過高精度電池性能測試儀(型號：武漢藍(lán)電CT2001/3001A)在不同電流密度(50 mA/g、100 mA/g、500 mA/g)和電壓范圍(0～3.0 V)下進(jìn)行恒流充放電，測試電池的儲電性能和循環(huán)性能。采用電化學(xué)工作站(型號：瑞士萬通Metrohm Autolab 204)采集鋰離子電池的循環(huán)伏安(CV)曲線和電化學(xué)阻抗譜(EIS)，采集電壓范圍為0.005～3.0 V，掃描速度為0.5 mV/s，采集頻率是0.01 Hz～100 kHz。

2 結(jié)果與討論

2.1 成分與形貌分析

圖1為純石墨、通過上述實(shí)驗(yàn)獲得的單一SnO2和SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的X射線衍射圖譜。其中圖1(a)圖譜在2θ=26.5°處的衍射峰對應(yīng)于石墨的(002)晶面，圖1(b)圖譜在2θ=26.50°、33.90°、51.75°處存在尖銳的衍射峰，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖譜(JCPDS：41-1445)，這些衍射峰對應(yīng)于四方金紅石型SnO2的(110)、(101)、(211)晶面，這說明通過上述水熱法在未添加石墨的情況下合成了四方金紅石型SnO2。圖1(c)圖譜同樣在2θ=26.50°、33.90°、51.75°處存在尖銳的衍射峰，但與圖1(b)相比發(fā)現(xiàn)2θ=26.50°處的衍射峰明顯增強(qiáng)。由于純石墨(002)晶面的衍射峰與單一SnO2(110)晶面都在2θ=26.50°處，因此該處衍射峰為SnO2(110)晶面與石墨(002)晶面衍射峰的重疊，這說明成功合成了SnO2/石墨異質(zhì)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，X射線衍射結(jié)果顯示所有衍射峰均為尖銳的峰，且除了SnO2和石墨的特征衍射峰之外，未出現(xiàn)其他特征衍射峰，表明水熱法合成的SnO2和SnO2/石墨異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)晶度和純度。

圖1 石墨(a)、SnO2(b)、SnO2/石墨分級納米異質(zhì) 結(jié)構(gòu)(c)的XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of graphite (a), SnO2 (b), SnO2/ graphite hierarchical nano-heterostructure (c)

為了進(jìn)一步證明SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生成，測試了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的拉曼光譜，如圖2所示。SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)在630 cm-1、1 352 cm-1、1 580 cm-1、2 700 cm-1等位置附近有特征峰，其中630 cm-1附近的峰為Sn-O鍵的伸縮振動峰，證明了異質(zhì)結(jié)構(gòu)中SnO2的存在[11]。此外，異質(zhì)結(jié)構(gòu)在1 352 cm-1、1 580 cm-1、2 700 cm-1位置出現(xiàn)三個(gè)特征峰，分別對應(yīng)于石墨的D峰、G峰和2D峰[12]，表明異質(zhì)結(jié)構(gòu)中石墨的存在。其中，在1 352 cm-1附近石墨D峰強(qiáng)度很弱，表明石墨邊緣缺陷很少，整體質(zhì)量較高；在1 580 cm-1附近出現(xiàn)的石墨G峰表明形成了碳sp2雜化鍵[13-14]。

圖2 SnO2(a)、石墨(b)、SnO2/石墨分級納米異質(zhì) 結(jié)構(gòu)(c)的拉曼光譜Fig.2 Raman spectra of SnO2 (a), graphite (b), SnO2/ graphite hierarchical nano-heterostructure (c)

通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)表征了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形貌，如圖3所示。由圖3(a、b)可知，直徑約為450 nm的花狀SnO2分級結(jié)構(gòu)均勻地分布在石墨片上。通過高倍圖片可知，結(jié)晶度良好的SnO2納米線組裝成截面為正方形的SnO2納米棒，如圖3(c、d)所示，納米棒的截面尺寸約為100 nm，長度為200～300 nm，SnO2納米棒進(jìn)一步組裝成花狀結(jié)構(gòu)(見圖3(e、f))，并生長在石墨片上，呈現(xiàn)分級結(jié)構(gòu)。

圖3 SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的場發(fā)射掃描電鏡圖。低倍率(a)、(b);高倍率(c)～(f)Fig.3 FESEM images of SnO2/graphite hierarchical nano-heterostructures. (a), (b) Low-magnification; (c)～(f) high-magnification

為了研究納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的元素組成，通過FESEM附有的能量色散X射線光譜儀(EDS)對圖4(a)選取部分區(qū)域進(jìn)行了能譜測試，如圖4所示。圖4(b)能譜圖顯示了復(fù)合材料主要有Sn、O、C元素組成，Sn、O元素的同時(shí)存在證實(shí)了SnO2的成功合成。圖4(c)所示為圖4(a)的EDS面掃描結(jié)果，結(jié)果表明Sn、O、C較均勻地分布其中。結(jié)合XRD、FESEM、Raman分析，結(jié)果表明成功合成了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，SnO2均勻地生長在石墨上。

圖4 SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的FESEM圖(a)和EDS能譜圖(b)、(c)Fig.4 FESEM images (a) and EDS spectra (b), (c) of SnO2/graphite hierarchical nano-heterostructure

通過氮?dú)馕?脫附方法對SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了孔結(jié)構(gòu)及比表面積的測定與分析。如圖5所示，SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氮?dú)馕?脫附等溫線都屬于Ⅳ型曲線(依據(jù)IUPAC分類)[15]，而且存在典型的H1型滯后線，同時(shí)進(jìn)一步證實(shí)了本文中合成的SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于介孔納米材料。如圖5插圖所示，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)孔隙尺寸集中分布在2.49 nm附近，而單一SnO2的孔隙尺寸集中分布在3.773 nm附近。對測試數(shù)據(jù)分析計(jì)算，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的比表面積約為18.323 47 m2/g，比單一的花狀SnO2(8.366 5 m2/g)大得多，說明石墨與花狀SnO2的復(fù)合在一定程度上提高了其比表面積，這導(dǎo)致SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)活性位點(diǎn)增加，進(jìn)一步提高鋰離子電池的儲鋰性能。

圖5 SnO2(a)、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)(b)的氮?dú)馕?脫附等溫曲線及孔徑分布(插圖)Fig.5 N2 adsorption/desorption isotherms and pore-size distribution curves(in chart) of SnO2 (a), SnO2/graphite hierarchical nano-heterostructures (b)

2.2 電化學(xué)性能研究

為了探究合成的SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)是否具有改善的電化學(xué)性能，對單一SnO2、石墨和SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的充放電循環(huán)測試，如圖6所示。圖6(c)為在0.01～3.0 V電壓范圍和50 mA/g電流密度下，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的第一次、第二次和第十次循環(huán)時(shí)的恒流充放電曲線。從圖6(c)可知，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的首次放電比容量和充電比容量分別為1 567.2 mAh/g、825.9 mAh/g，明顯高于石墨(首次放電和首次充電比容量分別為382.1 mAh/g、366.3 mAh/g，見圖6(a))，相應(yīng)的庫侖效率為52.699%。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在首次放電過程中，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)在0.65 V、1.0 V附近具有一個(gè)電壓平臺，這主要與Li2O和單質(zhì)Sn的生成有關(guān)[16-17](如反應(yīng)式：SnO2+Li++4e-→2Li2O+Sn)。由于循環(huán)過程中存在不可逆反應(yīng)，SnO2首圈放電過程中在0.65 V附近出現(xiàn)的微弱電壓平臺隨著循環(huán)的增加而消失。此外還可以發(fā)現(xiàn)，在充電過程中，SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)分別在0.4 V、0.2 V附近出現(xiàn)了一個(gè)短暫的電壓平臺，如圖6(b)、(c)所示，這主要?dú)w因于LixSn的去合金化和 LiC6的脫嵌過程。另外，首次循環(huán)過程中存在較大的容量損失，這主要是因?yàn)橛泄腆w電解質(zhì)SEI膜的形成[18]。從第二次循環(huán)開始，庫侖效率明顯提高(>90%)。經(jīng)過10次循環(huán)后，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)仍具有 754.6 mAh/g 的可逆放電比容量，遠(yuǎn)高于單一SnO2(523.9 mAh/g，見圖6(b))和石墨(335 mAh/g，見圖6(a))，這主要得益于異質(zhì)結(jié)構(gòu)中二氧化錫和石墨之間的相互協(xié)同優(yōu)勢，二氧化錫保證了納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的高比容量，石墨增強(qiáng)了納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率。

圖6(d)為SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單一SnO2和石墨在不同的電流密度(50 mA/g、100 mA/g、500 mA/g、50 mA/g)下的倍率性能。由6(d)倍率性能圖可知，與單一SnO2相比，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)容量衰減率明顯減小，具有更高的循環(huán)比容量，因而使異質(zhì)結(jié)構(gòu)同時(shí)具有二氧化錫理論容量高和石墨循環(huán)性好的優(yōu)勢。在電流密度為100 mA/g時(shí)經(jīng)過10次循環(huán)后，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)保持了508.5 mAh/g的可逆放電比容量，而此時(shí)單一SnO2和石墨的可逆放電比容量分別為259.5 mAh/g和284.9 mAh/g。在500 mA/g的電流密度下，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的放電比容量也遠(yuǎn)高于單一的二氧化錫。另外，經(jīng)過不同的電流密度的40次循環(huán)之后回到初始電流密度50 mA/g時(shí)，SnO2/石墨分級納米復(fù)合結(jié)構(gòu)仍可獲得689.5 mAh/g的可逆放電比容量。這說明SnO2分級納米結(jié)構(gòu)生長在石墨上形成納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)后能發(fā)揮SnO2和石墨的優(yōu)勢協(xié)同作用，從而明顯改善了電化學(xué)性能，顯示出良好的倍率性能。

圖6 石墨(a)、SnO2(b)、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)(c)在50 mA/g下的充放電曲線；(d)不同電流密度下的倍率性能； (e)100 mA/g下的循環(huán)性能Fig.6 Charge and discharge curves of graphite (a), SnO2 (b), SnO2/graphite hierarchical nano-heterostructure (c) at 50 mA/g； (d) rate performance at different current densities; (e) cyclic performance at 100 mA/g

圖6(e)為SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單一SnO2和石墨在100 mA/g電流密度下的循環(huán)性能。相比較而言，單一SnO2作為鋰離子電池負(fù)極材料盡管具有高的首次放電比容量(1 495.8 mAh/g)，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加容量衰減嚴(yán)重，經(jīng)過45圈循環(huán)后，放電比容量僅有290.9 mAh/g，明顯低于商業(yè)石墨的理論容量，展現(xiàn)出了較差的循環(huán)性能，這主要因?yàn)镾nO2在連續(xù)的充放電循環(huán)過程中體積膨脹嚴(yán)重(約300%)，進(jìn)而影響了其循環(huán)性能。而SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)經(jīng)過40圈循環(huán)以后獲得455.3 mAh/g的放電比容量，遠(yuǎn)高于單一SnO2(332.9 mAh/g)和石墨(316.9 mAh/g)，同時(shí)經(jīng)過120圈循環(huán)以后SnO2/石墨納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的放電比容量穩(wěn)定在450 mAh/g左右，容量衰減率變得很低。相比單一的SnO2、石墨，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)獲得了改善的循環(huán)穩(wěn)定性，這主得益于石墨(導(dǎo)電性好等)和SnO2(理論比容量高)充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢協(xié)同效應(yīng)，引入石墨作為生長基底，可以對SnO2在充放電循環(huán)過程中的體積膨脹效應(yīng)起到保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)性能的改善，同時(shí)庫侖效率穩(wěn)定在99%左右。

在0.005～3.0 V的電壓范圍和0.5 mV/s的掃描速度下，通過循環(huán)伏安法測試了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的循環(huán)伏安曲線(測試前半電池已在小電流密度下充放電循環(huán)激活)，獲得第一、二、三次循環(huán)的伏安曲線，如圖7所示。由伏安曲線可知石墨和SnO2在循環(huán)過程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。由于測試前已經(jīng)激活半電池，所以在首次循環(huán)過程中并沒有形成強(qiáng)的還原峰。陰極曲線中，在0.01 V和0.25 V位置附近出現(xiàn)還原峰，其中，0.01 V附近的峰主要是因?yàn)長i嵌入石墨形成LiC6導(dǎo)致的[16]，而0.25 V附近的還原峰可歸因于LixSn合金的形成[19]。陽極曲線中，在0.275 V和0.5 V附近分別出現(xiàn)氧化峰，分別可歸因于LiC6的Li脫嵌和LixSn合金的Li脫嵌。除此之外，半電池從第二次開始每次循環(huán)的伏安曲線幾乎重疊在一起，由此可見SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性[20]。

圖7 SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的循環(huán)伏安曲線Fig.7 CV curves of SnO2/graphite hierarchical nano-heterostructure

為了進(jìn)一步探究SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的儲鋰性能，在0.005～3.0 V的電壓范圍和0.5 mV/s的掃描速度下，通過循環(huán)伏安法對石墨、SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能進(jìn)行測試以獲得電化學(xué)交流阻抗譜曲線，如圖8所示。其等效擬合電路如圖8插圖所示，其中Rs、Rct、Zw分別代表歐姆電阻、電荷傳遞電阻和擴(kuò)散Warburg 阻抗。通常來說，交流阻抗譜的中高頻扁平半圓的直徑對應(yīng)于電荷傳遞電阻[21]，電阻越大電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)性能越差。從圖8中可以看出，SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)在中高頻處的半圓直徑介于石墨和SnO2之間，其電阻較小(約33 Ω)，略大于石墨(30 Ω)但小于SnO2(40 Ω)，從而使得復(fù)合材料具有較好的導(dǎo)電性，這進(jìn)一步說明了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較好的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)性能，因此SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)與石墨、SnO2相比表現(xiàn)出更好的鋰存儲性能。

圖8 石墨、SnO2、SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 電化學(xué)阻抗譜Fig.8 EIS spectra of graphite, SnO2, SnO2/graphite hierarchical nano-heterostructure

3 結(jié) 論

本文采用一步水熱法合成了SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度良好的SnO2納米線組裝成截面為正方形的納米棒，納米棒組裝成直徑約為450 nm的花狀SnO2，并均勻地生長在石墨片上，呈現(xiàn)分級納米結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)首次放電/充電比容量為1 567.2 mAh/g、825.9 mAh/g。在不同的電流密度下循環(huán)40次之后仍可獲得689.5 mAh/g的可逆放電比容量。SnO2/石墨分級納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)有良好的儲鋰容量、優(yōu)異的倍率性能和改善的循環(huán)性能，得益于SnO2與石墨之間發(fā)生相互協(xié)同效應(yīng)，主要原因分析如下：(1)納米棒組裝成花狀SnO2導(dǎo)致納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有更大的比表面積，儲鋰反應(yīng)位點(diǎn)增多，同時(shí)納米棒可以縮短鋰離子的擴(kuò)散長度；(2)引入石墨作為生長基底，增強(qiáng)了納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性，減緩了SnO2嚴(yán)重的體積膨脹效應(yīng)；(3)SnO2可以保證納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)更高的比容量。