中國(guó)粉體網(wǎng)訊  主流的石墨負(fù)極材料由于理論比容量有限，已經(jīng)不能滿足鋰離子電池發(fā)展的需要，人們探尋更高能量密度的負(fù)極材料。錫基材料因具有高的比容量，嵌脫鋰電壓適中，自然儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，安全性高以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，受到研究者的關(guān)注，被視為下一代理想的鋰電負(fù)極材料之一。

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錫基材料的理論比容量很高，純錫的理論比容量能達(dá)到994mAh/g，但錫金屬在脫嵌鋰過(guò)程中體積會(huì)有變化，會(huì)產(chǎn)生超過(guò)300%的體積膨脹，這種體積膨脹引起的材料變形會(huì)使電池內(nèi)部產(chǎn)生很大的阻抗，導(dǎo)致電池循環(huán)性能變差，比容量衰減過(guò)快。目前，錫基材料在鋰電負(fù)極方面的應(yīng)用研究已經(jīng)取得了不少進(jìn)展，以下將對(duì)幾種錫基負(fù)極材料作簡(jiǎn)要介紹。

常見(jiàn)的錫基負(fù)極材料有金屬錫、錫基合金、錫基氧化物以及錫碳復(fù)合材料等。

①金屬錫材料

金屬錫（Sn）屬于IVA族，其可以與鋰發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)形成各種鋰錫合金。由于高的理論容量，金屬錫作為鋰離子電池負(fù)極材料受到特別關(guān)注。在循環(huán)過(guò)程中，Sn的體積產(chǎn)生巨大變化，嚴(yán)重的影響了循環(huán)性能。在目前的研究階段，金屬錫負(fù)極材料的體積膨脹問(wèn)題一直是研究的核心。由于上述問(wèn)題的存在，將純Sn用作負(fù)極材料仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在沒(méi)有緩沖基質(zhì)的情況下，將Sn粒徑減小到納米級(jí)或創(chuàng)建多孔Sn結(jié)構(gòu)是減輕體積膨脹效應(yīng)的有效方法。同時(shí)，該方法在增加材料與電解液的接觸面積的同時(shí)也能夠有效的縮短離子傳輸路徑，在材料的制備中被廣泛的應(yīng)用。

②錫基合金材料

錫基合金型材料的研究取得了一定的進(jìn)展。目前，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾種用來(lái)合成錫合金型負(fù)極材料的方法，例如電鍍、電解沉積、化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械球磨等。通常，錫合金型負(fù)極材料由活性相（Sn）和惰性相（M）組成。在充放電過(guò)程中，Sn作為活性位點(diǎn)與Li反應(yīng)，而惰性相（M）可以作為緩沖基質(zhì)來(lái)緩解錫合金化過(guò)程中引起的體積變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性相和惰性相同時(shí)存在將顯著提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，有關(guān)鋰離子電池錫合金基負(fù)極材料的研究進(jìn)入了穩(wěn)定的發(fā)展階段。構(gòu)建納米微結(jié)構(gòu)的合金材料是提高負(fù)極材料電化學(xué)性能的主要策略。為了獲得更好的電化學(xué)性能，研究人員合成了更精細(xì)且有效的結(jié)構(gòu)。納米線或類似納米線的陣列結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)展現(xiàn)出很多優(yōu)勢(shì)。

③錫基氧化物材料

自2000年以來(lái)，錫基氧化物已經(jīng)成為錫基負(fù)極材料的重要分支并受到廣泛關(guān)注。二氧化錫（SnO₂）作為錫基氧化物最典型的代表之一，具有n型寬帶隙半導(dǎo)體的相關(guān)特征，已經(jīng)應(yīng)用于氣體傳感和生物技術(shù)等眾多領(lǐng)域。同時(shí)，SnO₂具有儲(chǔ)量豐富且綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前景的鋰離子電池負(fù)極材料之一。

與SnO₂相似，其他錫基氧化物也可以作為鋰離子電池負(fù)極材料。據(jù)計(jì)算，SnSO₄和Sn₂P₂O₇的理論容量分別為799mAh/g和834mAh/g。高的理論容量使得這些錫基氧化物引發(fā)人們的關(guān)注。但是錫基氧化物固有的低電導(dǎo)率和充放電過(guò)程中大的體積膨脹阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。因此，通過(guò)構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)并輔以緩沖基質(zhì)等方法可以改善錫基氧化物負(fù)極材料的電化學(xué)性能。自2010年以來(lái)，研究人員致力于合成空心納米結(jié)構(gòu)，制備了多種空心SnO₂納米材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，均具有良好電化學(xué)性能。

④錫碳復(fù)合材料

錫基材料在充放電過(guò)程中面臨著大的體積膨脹和粉化團(tuán)聚等問(wèn)題。與錫基合金和錫基氧化物負(fù)極材料相比，錫碳復(fù)合材料的起源相對(duì)較晚。碳材料在能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和納米技術(shù)的飛速發(fā)展促使錫碳復(fù)合材料進(jìn)入快速發(fā)展階段。其中，石墨烯、碳納米管和無(wú)定形碳是主要的碳質(zhì)材料，被廣泛用作減輕錫基材料體積變化的碳基質(zhì)。同時(shí)，將納米結(jié)構(gòu)的錫基材料分布在碳基質(zhì)上或碳基質(zhì)中是獲得錫碳復(fù)合材料的兩種主流策略。

錫基材料被看做是有可能取代石墨的理想負(fù)極材料，對(duì)于其在鋰電負(fù)極方面的研究也有了很多成果，但是距離真正的商業(yè)應(yīng)用還有很大距離。尤其是錫基材料存在的巨大體積膨脹，結(jié)構(gòu)容易受破壞，容量衰減快以及差的循環(huán)性能等問(wèn)題，都需作進(jìn)一步研究。未來(lái)需要通過(guò)優(yōu)化該類材料在首次庫(kù)倫效率、可逆比容量、循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能等方面的性能，加快推進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用。

參考來(lái)源：

1、馮葉峰.鋰離子電池錫基負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究��

2、吳瓊.錫基負(fù)極材料的制備及鋰/鈉離子電池的性能研究

3、魏潤(rùn)宏.硅基和錫基負(fù)極材料的制備及改性研究

4、候志前.鋰離子電池錫基負(fù)極材料研究進(jìn)展

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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