钠离子电池磷化锡碳基复合负极材料的改性研究

摘 要：磷化锡（Sn4P3）凭借其较高的理论比容量而被视为理想的二次电池负极材料。但因其在电化学反应过程中严重的体积膨胀、电导率较低等问题极大限制了磷化锡材料在钠离子电池中的应用。碳复合磷化锡材料极大缓解了循环过程中体积膨胀和材料粉化的问题，并且碳材料具有较好的导电性，因此磷化锡碳基复合材料被视为运用前景宽阔的负极材料之一。本论文分别运用碳管和 ZIF8 为模板对磷化锡碳基复合材料进行了改性讨论。通過比较两种负极材料发现，Tube-Sn4P3-C 材料在充放电过程中能保持较好的结构稳定性，并且 Tube-Sn4P3-C 材料在 50mAhg-1 电流密度下，电压区间为 0.01-3.00V 时，循环200 次后放电比容量为 214.8mAhg-1，库伦效率为 99.0%，其电化学性能优于 ZIF8-Sn4P3-C 材料。关键词：磷化锡/碳基复合材料；碳管；ZIF8；钠离子电池1 引言亘古以来，人类社会的经济活动与能源息息相关。社会经济的迅猛进展依赖于化石燃料的过度开采和消耗，与此同时，也带来了一系列的负面效应，比如：资源的缺乏、环境的破坏等等。煤、原油等地下能源的逐渐枯竭和由人类活动造成的土地沙化、温度上升等恶劣的生态问题给我们敲响无数次的警钟，以牺牲自然环境来壮大经济的后果不堪设想。于是，为了人类与环境和谐相处，开发可持续能源、进展清洁性能源成为社会各界关注的焦点。太阳能发电、水能发电、潮汐能、风力发电等相继得到了大力地开发和应用，在一定程度上缓解了化石能源的压力和环境破坏等问题。进展规律使我们明白，太阳能、水能、风能等对地理位置要求比较苛刻，假如想对其实现普遍应用，必须打破一定的时空、地域等不可控因素的限制。而为了实现这一目标，开发讨论电能的储存设备显得尤为重要。在各种能量储存器件中，锂离子电池凭借循环寿命长、比能量密度高及自放电效应低等优点而深受欢迎。自上世纪九十年代初期，日本的 SONY 公司首次实现锂离子电池商业化，在国内外掀起了一场讨论开发锂离子电池的热潮。经过日后几十年的进展，锂离子电池体系日臻成熟，并实现了大规模商业化，不仅在手机、笔记本电脑等智能设备中被广泛使用，而且也推动了混合动力汽车、电动汽车等领域的进展。然而，面对极大的资源消耗和市场需求，使得锂资源短缺和成本增加等问题日益严重。因此，开发新一代可充放电型电池成为当下亟待解决的问题。近年来，钠离子电池因其较高的地壳丰度、广泛的资源分布以及低廉的成本价格使得钠离子电池在大规模储能器...