纳米SnO2锂电负极材料的研究进展

杨 欢，乔志军

（天津工业大学机械工程学院，天津 300387）

1 SnO2单相

Min-Sik Park等人采用蒸汽法制备了一维的SnO2纳米线，将球磨后的SnO与Sn复合材料置于管式炉中，未添加金属催化剂的硅板置于其下游，利用自蒸发和自催化原理制备出直经范围在200～500nm的纳米线，其比容量能达到1134 mAh/g，首圈库伦效率为46.9%，远高于氧化锡颗粒的首圈库伦效（31.9%）。D Narsimulu等[1]人采用微波水热法，以SnCl2为Sn源，柠檬酸提供酸性环境，不添加其他模板或表面成型剂，制备出二维的SnO2多孔纳米片。在100mA/g的电流密度下，首圈放电比容量为1350mAh/g，首圈库伦效率为62%，经50次循环比容量为257.8 mAh/g。Lou等人采用水热法制备SnO2中空纳米球，基于Ostwarld成型机制，以K2SnO3为锡源，通过调节溶液浓度有效的控制中空球尺寸。首圈库伦效率达到90%，并且经40次循环后放电容量保持在400mAh/g以上。

2 SnO2@碳复合电极

碳类材料由于具有良好的柔韧性与导电性，所以被大量用于解决SnO2体积膨胀大、易于粉化、团聚失活等问题。Lin等[2]人采用葡萄糖和SnCl2溶液为原料，制备出SnO2中空球并被包覆于碳层内的SnO2@碳复合材料，SnO2的厚度可由SnCl2的浓度控制，0.1mol/L和1mol/L的SnCl2分别制备出的厚度为15nm和60nm的SnO2中空球。在5C的电流密度下仍可保持500 mAh/g的比容量。纳米中空球可以实现反应的高度可逆，而碳层不仅能为体积膨胀一共缓冲，还能为Sn的团聚提供隔离作用。Huang等[3]人提出以三维多孔微立方SnO2为核，分别包覆SiO2和间苯二酚甲醛,采用Stober法碳化并用HF溶解SiO2，制备出具有中空层结构的SnO2@C复合电极，经120次循环后比容量达到870.9mAh/g，保持率达到71.4%，长循环性能大大提升。可见纳米多孔的SnO2材料不仅能提供较大的比表面积并且能有效缓解团聚效应的发生，结合壳层碳材料，极大的提高的电极的长循环寿命以及能量密度。

3 SnO2@其他材料

为提高整个电极的能量密度与稳定性，大量研究将SnO2与金属或金属氧化物进行复合，希望此类材料能与SnO2在充放电过程中发生协同作用，缓解由于SnO2的体积膨胀而产生的团聚或脱离基体失活等问题。Hilal kose等[4]人制备出均匀层结构的SnO2-ZnO-rGO复合电极，采用溶胶凝胶法制备纳米氧化物粉，经过简单的超声沉积处理，将SnO2-ZnO置于rGO层中，100次循环后比容量达到731 mAh/g。Jiang等[5]人采用静电吸附作用将铜离子与锡离子负载于石墨烯制备出，SnO2/Cu/石墨烯复合电极。利用铜的高导电性促进SnO2之间的结合，加速电子的传递，并且阻隔SnO2抑制团聚现象的发生。经200次循环，比容量仍保持在896 mAh/g。Sun等[6]人采用烧结-水热两步法将Sn-SnO2锚定在碳纳米管上制备出Sn-SnO2@碳纳米管复合电极，并且研究表明Sn会抑制SnO2的过度生长，从而得到纳米级的SnO2复合物。与同种方法制备的SnO2@碳纳米管相比其长循环稳定性能提高了2倍，经1000次循环后比容量仍可达744 mAh/g，可见Sn与SnO2之间的协同作用十分有效的缓冲了SnO2的体积膨胀和团聚。

4 结语

随近年来大量研究针对氧化锡基材料的尺寸、形貌、结构进行了研究，但目前其体积膨胀、导电性差等问题还有要进一步解决。并随研究手段的不断升级和提高，对材料的结构形貌的控制均有提升，对于催化剂在的残留也有了进一步的纯化过程，减少副反应的发生。笔者对于高性能纳米SnO2负极提出的的建议：增大SnO2的比表面积、建设三维多孔结构，抑制氧化锡之间的团聚并提高导电性。同时对材料的表面进行修饰，缓冲氧化锡的体积膨胀，抑制材料的脱落。