锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

白雪君 侯敏 刘婵 王彪 曹辉 王东

引用本文: 白雪君,  侯敏,  刘婵,  王彪,  曹辉,  王东. 锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料[J]. 物理化学学报, 2017, 33(2): 377-385. doi: 10.3866/PKU.WHXB201610272 shu
Citation:  BAI Xue-Jun,  HOU Min,  LIU Chan,  WANG Biao,  CAO Hui,  WANG Dong. 3D SnO2/Graphene Hydrogel Anode Material for Lithium-Ion Battery[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(2): 377-385. doi: 10.3866/PKU.WHXB201610272 shu

锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

  • 基金项目:

    上海市科技创新行动计划(15DZ1201001,16111106001)资助

摘要: 通过溶液水解反应在氧化石墨烯表面引入氧化锡(SnO2)纳米颗粒,再经过自组装作用形成具有三维结构的氧化锡/石墨烯水凝胶(SnO2-GH)负极材料。其中三维多孔的石墨烯水凝胶为碳质缓冲基体,SnO2纳米颗粒为活性物质,其颗粒尺寸为2-3 nm,均匀分布在石墨烯层上,担载量可以达到54%(w,质量分数)。直接将该材料用作锂离子电池负极时,在5000 mA·g-1的大电流密度下循环60次容量稳定在500 mAh·g-1,电流减小到50 mA·g-1循环80次后容量仍高达865 mAh·g-1。这些优异的循环稳定性和大电流充放电性能主要得益于三维石墨烯水凝胶的疏松、多孔结构和良好的导电性。石墨烯水凝胶能够提高电极比表面积,保证电解液对电极的浸润程度;内部空隙能够为锂离子的传输提供快速通道,缩短离子传输距离和时间。同时丰富的内部空间能够有效避免SnO2纳米颗粒团聚,缓冲SnO2巨大体积膨胀,维持电极结构的稳定性,是一种非常适于大电流充放电的锂离子电池负极材料。

English

    1. [1]

      Goodenough, J. B.; Kim, Y. Chem. Mater. 2010, 22, 587. doi: 10.1021/cm901452z

    2. [2]

      Dunn, B.; Kamath, H.; Tarascon, J. M. Science 2011, 334, 928. doi: 10.1126/science.1212741

    3. [3]

      Li, H.; Wang, Z.; Chen, L.; Huang, X. Adv. Mater. 2009, 21, 4593. doi: 10.1002/adma.200901710

    4. [4]

      Wang, J. T.; Wang, Y.; Huang, B.; Yang, Y. J.; Tan, X.; Lu, S. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 305. [王建涛, 王耀, 黄斌, 杨娟玉, 谭翱, 卢世刚. 物理化学学报, 2014, 30, 305.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201312022

    5. [5]

      Huang, J. J.; Dong, Z. J.; Zhang, X.; Yuan, G. M.; Cong, Y.; Cui, Z. W.; Li, X. K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1699.[黄家骏, 董志军, 张旭, 袁观明, 丛野, 崔正威, 李轩科.物理化学学报, 2016, 32, 1699.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201604011

    6. [6]

      Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414, 359. doi: 10.1038/35104644

    7. [7]

      Eom, K. S.; Jung, J.; Lee, J. T.; Lair, V.; Joshi, T.; Lee, S. W.; Lin, Z.; Fuller, T. F. Nano Energy 2015, 12, 314. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.12.041

    8. [8]

      Yang, Z.; Zhang, W.; Shen, Y.; Yuan, L. X.; Huang, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1062. [杨泽, 张旺, 沈越, 袁利霞, 黄云辉. 物理化学学报, 2016, 32, 1062.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201603231

    9. [9]

      Bai, X. J.; Wang, B.; Cheng, X.; Jiang, J. M. J. Donghua Univ. (Eng. Ed.) 2015, 32, 379.

    10. [10]

      Zhong, Y.; Li, X.; Zhang, Y.; Li, R.; Cai, M.; Sun, X. Appl. Surf. Sci. 2015, 332, 192. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.01.099

    11. [11]

      Wang, M. S.; Lei, M.; Wang, Z. Q.; Zhao, X.; Xu, J.; Yang, W.; Huang, Y.; Li, X. J. Power Sources 2016, 309, 238. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.11.074

    12. [12]

      Guo, W.; Li, F.; Duan, X.; Ma, J. Mater. Lett. 2016, 166, 210. doi: 10.1016/j.matlet.2015.12.081

    13. [13]

      Shao, Q. G.; Chen, W. M.; Wang, Z. H.; Qie, L.; Yuan, L. X.; Zhang, W. X.; Hu, X. L.; Huang, Y. H. Electrochem. Commun. 2011, 13, 1431. doi: 10.1016/j.elecom.2011.09.014

    14. [14]

      Kim, J. G.; Nam, S. H.; Lee, S. H.; Choi, S. M.; Kim, W. B. ACS Appl. Mater. Interf. 2011, 3, 828. doi: 10.1021/am101169k

    15. [15]

      Yu, Y.; Chen, C. H.; Shi, Y. Adv. Mater. 2007, 19, 993. doi: 10.1002/adma.200601667

    16. [16]

      Lou, X. W.; Li, C. M.; Archer, L. A. Adv. Mater. 2009, 21, 2536. doi: 10.1002/adma.200803439

    17. [17]

      Han, Y.; Wu, X.; Ma, Y.; Gong, L.; Qu, F.; Fan, H. CrystEngComm 2011, 13, 3506. doi: 10.1039/c1ce05171g

    18. [18]

      Lei, D.; Zhang, M.; Hao, Q.; Chen, L.; Li, Q.; Zhang, E.; Wang, T. Mater. Lett. 2011, 65, 1154. doi: 10.1016/j.matlet.2011.01.012

    19. [19]

      Zhou, X.; Zou, Y.; Yang, J. J. Power Sources 2014, 253, 287. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.12.034

    20. [20]

      Wang, R. H.; Xu, C. H.; Sun, J.; Gao, L.; Yao, H. L. ACS Appl. Mater. Interf. 2014, 6, 3427. doi: 10.1021/am405557c

    21. [21]

      Billaud, D.; Balan, L.; Schneider, R.; Willmann, P. Carbon 2006, 44, 2508. doi: 10.1016/j.carbon.2006.05.023

    22. [22]

      Du, G.; Zhong, C.; Zhang, P.; Guo, Z.; Chen, Z.; Liu, H. Electrochem. Acta 2010, 55, 2582. doi: 10.1016/j.electacta.2009.12.031

    23. [23]

      Hassoun, J.; Panero, S.; Mulas, G.; Scrosati, B. J. Power Sources 2007, 171, 928. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.067

    24. [24]

      Lee, W. J.; Park, M. H.; Wang, Y.; Lee, J. Y.; Cho, J. Chem. Commun. 2010, 46, 622. doi: 10.1039/b916483a

    25. [25]

      Park, J.; Eom, J.; Kwon, H. Electrochem. Commun. 2009, 11, 596. doi: 10.1016/j.elecom.2008.12.022

    26. [26]

      Yang, Q. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1051. [杨全红.物理化学学报, 2016, 32, 1051.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201603301

    27. [27]

      Gong, Y.; Yang, S.; Zhan, L.; Ma, L.; Vajtai, R.; Ajayan, P. M. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 125. doi: 10.1002/adfm.201300844

    28. [28]

      Xiao, L.; Wu, D.; Han, S.; Huang, Y.; Li, S.; He, M.; Zhang, F.; Feng, X. ACS Appl. Mater. Interf. 2013, 5, 3764. doi:10.1021/am400387t

    29. [29]

      Zhang, Z.; Xiao, F.; Guo, Y.; Wang, S.; Liu, Y. ACS Appl. Mater. Interf. 2013, 5, 2227. doi: 10.1021/am303299r

    30. [30]

      Bai, X.; Yu, Y.; Kung, H. H.; Wang, B.; Jiang, J. M. J. Power Sources 2016, 306, 42. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.11.102

    31. [31]

      Zhao, X.; Hayner, C. M.; Kung, M. C.; Kung, H. H. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1079. doi: 10.1002/aenm.201100426

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  684
  • HTML全文浏览量:  50
文章相关
  • 收稿日期:  2016-09-26
  • 修回日期:  2016-10-26
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章