学 校 代 码 10530 学 号 201006031287分 类 号 O604 密 级硕 士 学 位 论 文SnO2 空 心 球 -低 维 碳 复 合 材 料 的 制 备及 其 电 化 学 性 能 研 究学 位 申 请 人 符 媚 媚指 导 教 师 侯朝辉（副教授）学 院 名 称 化学学院学 科 专 业 物理化学研 究 方 向 材料电化学二零一三年五月二十二日Preparation and lithium-ion batteries anodeproperties of spherical stannic oxide - low-dimensional carbon compositeCandidate Meimei FuSupervisor Zhaohui Hou (associate professor)College College of ChemistryProgram Physical ChemistySpecialization Electrochemistry and Electrode MaterialsDegree Master DegreeUniversity Xiangtan UniversityDate 2013.5.22湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得 的 研 究 成 果 。 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作 品 。 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要 贡献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的法 律 后 果 由 本 人 承 担 。作 者 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 湘 潭 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇编 本 学 位 论 文 。涉 密 论 文 按 学 校 规 定 处 理 。作 者 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日导 师 签 名 ： 日 期 ： 年 月 日摘要SnO2 作 为 锂 离 子 电 池 负 极 材 料 由 于 其 较 高 的 理 论 容 量 ， 而 备 受 关 注 。 可 是 ，SnO2 运 用 在 商 品 锂 离 子 电 池 负 极 材 料 中 ， 依 然 存 在 着 许 多 的 障 碍 。 一 方 面 ， SnO2导 电 性 较 差 ， 增 大 了 电 池 的 内 阻 ； 另 一 方 面 ， 在 充 放 电 过 程 中 ， 锂 离 子 的 嵌 入 和脱 嵌 可 能 引 起 体 积 剧 烈 变 化 且 负 极 内 部 产 生 较 大 的 应 力 ， 导 致 电 极 的 崩 溃 和 电 极之 间 的 断 路 。 将 SnO2 制 备 成 不 同 形 状 或 用 各 种 炭 材 料 （ 如 石 墨 烯 、 碳 纳 米 管 等 ）与 SnO2 复 合 ， 利 用 SnO2 特殊结构和炭材料的各种优良特性来解决或缓解 SnO2在 作 为 锂 离 子 电 池 负 极 材 料 时 出 现 的 上 述 问 题 。 石 墨 烯 和 碳 纳 米 管 在 各 类 储 电 设备 领 域 ， 具 有 良 好 的 应 用 前 景 ， 由 于 其 特 殊 的 结 构 和 良 好 的 导 电 性 ， 是 SnO2 改性 的 理 想 基 体 。本 文 运 用 水 热 法 先 合 成 SnO2 空 心 球 ， 然 后 对 SnO2 表 面 进 行 修 饰 ， 再 将 石 墨烯 和 碳 纳 米 管 对 其 包 覆 ， 生 成 石 墨 烯 包 覆 SnO2 空 心 球 复 合 材 料 和 碳 纳 米 管 包 覆SnO2 空 心 球 复 合 材 料 。 SnO2 空 心 球 相 比 普 通 SnO2， 循 环 性 能 稍 有 改 善 ， 在 包 覆一 层 炭 材 料 之 后 ， 其 电 化 学 性 能 发 生 了 更 加 明 显 的 改 善 。 本 文 的 主 要 内 容 所 示 如下 ：（ 1） 以 锡 酸 钾 作 为 前 驱 体 ， 乙 醇 溶 液 作 为 溶 剂 ， 在 尿 素 营 造 的 碱 性 环 境 下 ，经 过 水 热 反 应 ， 生 成 SnO2 空 心 球 。 在 156 mA/g 的 电 流 密 度 下 ， 首 次 可 逆 容 量 可达 1028 mAh/g， 明 显 高 于 SnO2 的 理 论 容 量 （ 800 mAh/g） 。（ 2） 选 择 好 结 构 大 小 合 适 和 电 化 学 性 能 较 好 的 以 上 所 述 SnO2 空 心 球 ， 运 用APS(3-氨 丙 基 三 甲 氧 基 硅 烷 )对 其 表 面 修 饰 ， 再 利 用 修 饰 后 的 SnO2 空 心 球 与 氧 化石 墨 烯 之 间 的 静 电 作 用 进 行 复 合 ， 最 后 通 过 水 合 肼 还 原 生 成 石 墨 烯 包 覆 SnO2 空心 球 复 合 材 料 。 当 复 合 材 料 中 SnO2 占 总 质 量 比 的 83%时 ， 并 且 在 156 mA/g 的电 流 密 度 下 ， 首 次 可 逆 容 量 虽 然 只 有 924 mAh/g， 但 是 在 30 次 循 环 充 放 电 之 后 ，可 逆 容 量 为 788 mAh/g。再增大电流密度后，其循环性能表现依然优越。（ 3） SnO2 空 心 球 的 选 择 和 修 饰 同 上 。 在 空 气 气 氛 下 ， 将 表 面 修 饰 的 SnO2 空心 球 和 经 过 强 酸 活 化 的 碳 纳 米 管 在 酸 性 环 境 下 ， 简 单 地 搅 拌 若 干 小 时 后 制 备 得 到碳 纳 米 管 包 覆 SnO2 空 心 球 复 合 材 料 。 当 复 合 材 料 中 SnO2 占总质量比的 71%时 ，并 且 在 156 mA/g 的 电 流 密 度 下 ， 首 次 可 逆 容 量 为 995 mAh/g， 在 30 次 循 环 充 放电 后 ， 可 逆 容 量 为 653 mAh/g。 增 大 电 流 密 度 后 ， 材 料 依 然 表 现 出 其 良 好 的 循 环性 能 。关键词：二氧化锡空心球；A PS； 石 墨 烯 ； 碳 纳 米 管AbstractDue to the high theoretical capacity of SnO2 as negative electrode materials ofLi-ion battery, SnO2 has attracted much attention. However, if SnO2 was used to benegative electrode materials of commercial Li-ion battery, it had a few barriers. Onthe one hand, the poor electronic conductivity of SnO2 enhances the internal resistanceof battery. On the other hand, during charge-discharge process, insertion andextraction of Li-ion are likely to cause strong volume change and high internal stressof negative electrode material, which lead to breakdown and disconnection ofnegative electrode materials. To prepare special structures of SnO2 and composites ofSnO2 and carbon materials, using various excellent characters of them solve theproblems to solve/remit the problems from being negative electrode material.Graphene and carbon nanotube have application prospect at different fields of storageequipment. They are good matrix of SnO2 because of high conductivity and specialstructures.In this paper, the surface of SnO2 hollow sphere prepared through hydrothermalmethod was modified by APS. Then the APS-modified SnO2 hollow sphere wasencapsulated by graphene sheet or carbon nanotube, which gained the composite ofSnO2 hollow sphere and graphene sheet/carbon nanotube. Comparing with commonSnO2, SnO2 hollow sphere have preferably good cycle performance. After SnO2hollow sphere was encapsulated by graphene sheet/carbon nanotube, its cycleperformance and electrochemical performance were obviously enhanced. Concretecontent as follows:(1)In the alkaline environment of urea, SnO2 hollow sphere was synthesized byhydrothermal method, potassium stannate as precursor and ethanol solution as solvent.The first invertible capacity of SnO2 hollow sphere was 1028 mAh/g, higher thancommon SnO2 (800 mAh/g), at electric current density of 156 mA/g. It showedexcellent cycle performances over more electric current density.(2) At first, we selected SnO2 hollow sphere that had appropriate size and highelectronic performance. The SnO2 hollow sphere was modified by AP