焦磷酸锡负极材料的制备及性能研究

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2024.04.010

摘要/Abstract

摘要：

焦磷酸锡作为一类新兴材料，因具有较高的比容量和适宜的嵌锂电位而备受关注。采用环境友好的合成方法，以植酸为磷源和碳源、聚环氧乙烷（PEO）为额外碳源，成功制备了锚定在碳框架上的碳包覆SnP₂O₇颗粒（SPO/C@C）负极材料。结果表明，额外的碳包覆层可有效抑制材料的体积膨胀，降低电荷转移电阻，从而提高电子电导率和电容贡献率；当PEO的添加量为1.36 g时，所制备样品颗粒分散均匀，具有良好的电化学性能；当电流密度为0.5 A/g时，循环充放电250次后，比容量保持在351.3 mA·h/g；在扫描速率为2.0 mV/s时，电容贡献率达到60.8%。

关键词: 焦磷酸锡, 碳包覆, 植酸, 锂离子电池, 负极材料

Abstract:

As a new class of materials, tin pyrophosphate stands out due to its high specific capacity and suitable lithium insertion potential. Carbon?coated SnP₂O₇ particles anchored on a carbon framework (SPO/C@C) have been synthesised by an environmentally friendly approach using phytic acid as a phosphorus and carbon source, with polyethylene oxide (PEO) as an additional carbon source. Experimental results show that the addition of extra carbon layer effectively mitigates the volume expansion of the material and reduces the charge transfer resistance, thereby improving the electronic conductivity and the capacitance contribution ratio. That the SPO/C@C sample with 1.36 g of PEO exhibits excellent dispersion and electrochemical performance. At a current density of 0.5 A/g, the discharge specific capacity is 351.3 mA·h/g after 250 cycles, and at a scan rate of 2.0 mV/s, the capacitance contribution ratio is 60.8%.

Key words: Tin pyrophosphate, Carbon coating, Phytic acid, Lithium?ion batteries, Anode material

中图分类号:

TQ152

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图/表 10

图1 SPO/C、SPO/C@C?x的XRD谱图

Fig.1 XRD patterns of SPO/C and SPO/C@C?x

图2 SPO/C、SPO/C@C?x的FT?IR谱图

Fig.2 FT?IR spectra of SPO/C and SPO/C@C?x

图3 SPO/C、SPO/C@C?x的SEM图

Fig 3 SEM images of SPO/C and SPO/C@C?x

图4 不同放大倍率下SPO/C@C?2的TEM图

Fig.4 TEM images of SPO/C@C?2 at different magnifications

图5 SPO/C、SPO/C@C?x的负极首次CV曲线

Fig.5 CV curves of SPO/C and SPO/C@C?x anodes for the first cycle

图6 SPO/C和SPO/C@C?x负极的循环性能曲线

Fig.6 Cycling performance curves of SPO/C and SPO/C@C?x anodes

表1 SPO/C@C?2和锂离子电池锡基负极循环性能对比

Table 1 Comparison of cycling performance between SPO/C@C?2 and tin?based anodes for LIBs

材料	电流密度/(A·g^-1)	循环次数	放电比容量/(mA·h·g^-1)	文献
Sn₂P₂O₇	0.1	20	392.0	[8]
SnP₂O₇	1.0	200	200.0	[16]
SnP₂O₇/CP@C⁃N	1.0	300	326.0	[17]
Sn₄P₃/Co₂P	0.1	200	288.0	[18]
Sn₄P₃	0.2	200	315.0	[19]
Sn₄P₃/GO	0.1	100	327.0	[20]
Sn₄P₃/CNTs	1.0	100	252.0	[21]
Sn⁃Mn⁃P	1.0	200	255.0	[22]
SnO₂@G	0.1	100	343.0	[23]
CGN/SnO₂	0.2	200	275.0	[24]
EM@SnO₂⁃8	0.2	200	255.0	[25]
SnP₂O₇/C@C	0.5	250	351.0	本文
SnP₂O₇/C@C	1.0	250	301.0	本文

图7 SPO/C、SPO/C@C?x负极的倍率性能

Fig.7 Rate capability of SPO/C and SPO/C@C?x anodes

图8 SPO/C和SPO/C@C?x负极循环前的EIS图谱

Fig.8 EIS spectra of SPO/C and SPO/C@C?x anodes before cycling

图9 SPO/C和SPO/C@C?2负极在不同扫描速率下的CV曲线、lg j?lg v曲线和电容贡献率

Fig.9 CV curves, lg j?lg v curves and capacitance contribution ratios at different scan rates of SPO/C and SPO/C@C?2 anodes

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