江苏科技大学《ET》：原位氢键介导的石墨烯包覆SnO2自合成锂离子电池阳极材料

成果简介

氧化锡（IV）（SnO2）已被公认为创新负极材料的下一个前沿领域，将为锂离子电池带来革命性的变化。二氧化锡有望取代石墨负极，其理想容量为 782 mAh g-1，并具有有利于先进电池技术的适当工作电位。然而，由于体积膨胀和锡基负极材料复杂的合成路线所带来的挑战，阻碍了其商业可行性。

本文，江苏科技大学Chuanbo Zheng等研究人员在《Energy Technology》期刊发表名为“In Situ Hydrogen Bonding-Mediated Self-Synthesis of Graphene-Coated SnO2 as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries”的论文，研究提出以聚乙二醇（PEG）和四氯化锡为原始材料，通过氢键介导的自组装过程合成了SnO2@石墨烯纳米颗粒。合成的纳米粒子分布均匀，与石墨烯形成三明治结构。样品SP-0.3由6g PEG制成，具有显著的可逆储能能力。即使在0.5Ag-1的电流密度下循环900次，它仍能保持 703.1 mAhg-1 的容量。由于制备方法简单、方便、快捷，所提出的技术使这种复合材料成为商业化的宝贵候选材料。

图文导读

图1、SnO2/G复合材料的合成示意图。

图1、a) survey、b) Sn3d、c) C1s 和 d) O1s 的 XPS 图样。

图2、a) SP-0.3 的CV 曲线是在最初的三个循环中以 0.1 mVs-1 的扫描速率获得的。b) SP-0.3的Galvanostatic 充电/放电曲线是在最初的三个循环中以 0.1Ag-1 的电流密度记录的。e) 在 0.1Ag-1 的电流密度下评估 SP-0.3 和无 SP 复合材料的循环性能。f) 在 0.5Ag-1 的电流密度下监测 SP-0.3 和无 SP 复合材料的长期循环。

图3、a) SP-0.3 的 CV 曲线是在最初的三个循环中以 0.1 mVs-1 的扫描速率获得的。b) SP-0.3 的 Galvanostatic 充电/放电曲线是在最初的三个循环中以 0.1 Ag-1 的电流密度记录的。e) 在 0.1 Ag-1 的电流密度下评估 SP-0.3 和无 SP 复合材料的循环性能。f) 在 0.5 Ag-1 的电流密度下监测 SP-0.3 和无 SP 复合材料的长期循环。

图4、a) 不同扫描速率下 SP-0.3 的 CV 曲线。b) 特定峰值速率下 logi与 logv的关系图。c) 2 mVs-1 扫描速率下 SP-0.3 的 CV 曲线和赝电容贡献。

小结

综上所述，作者采用了一种创新方法，成功地制备出了SnO2/G 复合材料，该方法成本低、操作简单、效率高。实验测试得出的粒度为约12 nm，这提高了其离子传输和扩散速度。此外，疏松的多孔结构还能有效缓解材料的体积膨胀，促进离子扩散。石墨烯的多层片状结构进一步抑制了体积膨胀，同时提高了材料的导电性。因此，SnO2/G 复合材料具有优异的循环和多重性能。这种材料具有优越的合成方法和广阔的商业前景，有望得到广泛应用。

文献：https://doi.org/10.1002/ente.202400042