球磨法制备sn4p3石墨烯钠离子电池负极材料及其电化学性能研究【字数：9671】
磷化锡是一种具有层状晶体结构的半导体材料，当其被用作电池的负极材料时，因其具有较高的理论比容量，引起了研究者们广泛的关注。然而，经研究测试发现磷化锡作为电池负极材料在充放电的过程中其较大的体积效应以及较差的导电性阻碍了其发展的脚步。近几年的研究表明，将磷化锡材料纳米化或者将其与各种碳材料复合成为了有效且简便改善其电化学性能的方法。本文也采取将磷化锡与碳材料结合的想法，将其与还原氧化石墨烯复合，利用还原氧化石墨烯的自身优异的导电性、大的比表面积以及较好的延展性，来改善磷化锡的电化学性能。本课题以锡粉，以及红磷、还原氧化石墨烯（RGO）作为主要反应物，通过球磨的方法合成Sn4P3/RGO复合材料。并让其作为钠离子电池的负极材料研究其性能。通过采用扫描电子显微镜（SEM），X射线粉末衍射仪（XRD）以及蓝电测试系统和电化学工作站对所获得的样品粉末进行物相、微观形貌以及电化学性能进行了表征。经测试发现，与纯相的Sn4P3相比较而言，Sn4P3/RGO复合材料作为钠离子电池负极材料，会让电池的电化学性能变得更加优异。
目录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2钠离子电池工作原理 2
2负极材料 2
2.1传统的碳基负极材料 2
2.2锡基负极材料 3
2.3磷化物负极材料 3
2.3.1磷化物制备发方法 4
2.3.2磷化锡负极材料 5
3实验部分 5
3.1主要试剂、药品与仪器 5
3.2样品制备 6
3.3电池组装 7
3.4 扫描电子显微镜（SEM） 7
3.4.1 扫描电子显微镜（SEM）工作原理 7
3.4.2 Sn4P3与Sn4P3/RGO样貌分析 7
3.5 透射电子显微镜（TEM） 8
3.6 X射线衍射（XRD） 8
3.6.1 X射线衍射原理 8
3.6.2 Sn4P3与Sn4P3/RGO物相分析 9
4电化学性能数据分析 10
总结 12
参考文献 13
致谢 14
1绪论
1.1引言 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
近三百多年，人们过度依赖化石能源，这就导致了化石类能源面临着日益枯竭的危机。如今石油、天然气、煤炭等一次能源继续地被不断消耗，它们并不能在未来的很长的一段时间继续维持我们的日常生活，由此而来的能源危机是每个国家都要面临的问题[1]。不可否认的是这些能源的消耗虽然带给了我们经济的快速发展，但相对的也带来了环境污染问题。现在的人类发展需要考虑未来，并且也需要绿色发展，所以我们必须走可持续发展道路，也必须进入到利用新能源和节约新能源的时代。因此，寻找并研发新的能源非常有必要，而这些能源必须具备清洁、可持续、可再生的特点。如今的新能源有风能、太阳能、水能、生物质能等，以及一些氢能、核能转换[1]。这些能源在自然界中是可以再生的，人类可不断循环利用。但是，它们受地理环境、气候条件的影响，并不能广泛的使用，只能在合适的地区投入使用。而二次电池不一样，它们能循环利用，且不受气候、地理位置的影响，如今已经成为研究的热点。因此，开发适用于可再生能源电能贮存，能源循环利用就十分重要。二次电池，尤其是锂离子电池的出现，改变了人们对电池的认识，锂离子电池因其高容量、循环寿命长、使用安全、绿色环保等优异性能，如今已被广泛地应用到便携式设备和动力汽车等大型设备中[23]。但是，在地壳中，锂资源的储量不是很丰富，并不能满足人们的需求。资源的不足，制约了锂离子电池的快速发展。然而，钠的电势与锂相比较，十分接近，完全可以替代锂离子电池。因此研究者把钠离子电池作为下一代电池进行研究，并逐渐吸引了人们的关注。因为在地球上，钠资源有很多，可以供人们采取很长时间，而且比锂资源便宜。但是，尽管钠离子电池已经显示出有希望的电化学性能，包括稳定的循环性能和良好的倍率性能，但是应该强调的是，钠离子电池不容易代替锂离子电池，关键原因是钠离子电池具有比锂离子电池较低的能量密度，钠离子电池能量密度较低是因为引入的大多数钠离子插入材料的比容量和氧化还原电位较低。因此，研究资源丰富的新型储能电池迫在眉睫。然而，钠的离子半径较大，在充放电过程中有着较低的迁移速率，传碳基负极材料提供的容量较低。所以，我们非常有必要采取新的一种方式，来研发新型钠离子电池。然而截至到现在，碳基负极材料[46]、锡基负极材料[7]、金属磷化物[8]等材料都被研究者研究过，并且已经应用于钠离子电池，作为其电池负极材料，在上面列举的材料中，金属磷化物/碳复合材料与其它物料相比较而言，复合过后的材料的电化学性能更加好[910]。而在金属磷化物中，磷化锡因具有较高的理论电容量而被研究者们普遍认为是良好的二次电池负极材料。
1.2钠离子电池工作原理
如今的电子行业的发展，需要考虑原材料的数量与成本。然而，锂矿资源并不是很丰富，并且价格也高。这些原因已经导致了锂离子电池并不能继续飞速发展下去，而且对于大型储能系统，它也不能满足未来储能的应用。而钠离子与锂离子的电势相接近，且钠离子电池使用的电极材料主要材料是钠盐，地球上储存的量很多，价格也十分便宜，是很划算的替代品。因而，研究人员将钠离子电池作为一种新的可充电电池系统。
钠离子电池的工作原理与锂离子电池十分相似，它以钠离子代替锂离子实现在电池的正负极之间嵌脱过程实现充放电。如图11所示，当电池处于充电状态时，钠离子从正极脱出，经过电解质溶液运动到负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡；当电池处于放电状态时，钠离子从负极脱嵌，经过电解质重新回到正级[11]。
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图11钠离子电池工作原理图
2负极材料
2.1传统的碳基负极材料
一个二次电池的储锂或者是储钠的多少关键在于这个二次电池的负极材料，因为负极材料在锂离子电池或者是钠离子电池充当着着它储锂，或者是储钠的主体[12]。如我们研究的钠离子电池为例，在钠离子电池充放电的过程中，钠离子会从负极材料中嵌入或者脱离，往返于电池的正负极，钠离子电池的充电容量、放电容量都与负极材料有着密不可分的关系。也因此，电池的负极材料往往就决定了二次电池的发展，负极材料的种类越多，二次电池的发展也就越多样。不可否认的是，在二次电池充放电过程中会出现许许多多的问题，尤为关键的就是电池在工作时的安全问题，例如，锂离子电池，它的正极材料金属锂，在充放电过程中会产生锂枝晶，这就产生了安全隐患，而幸运的是，碳基负极材料的出现解决了此类问题，让二次电池得以继续快速发展，并逐渐商业化。
目录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2钠离子电池工作原理 2
2负极材料 2
2.1传统的碳基负极材料 2
2.2锡基负极材料 3
2.3磷化物负极材料 3
2.3.1磷化物制备发方法 4
2.3.2磷化锡负极材料 5
3实验部分 5
3.1主要试剂、药品与仪器 5
3.2样品制备 6
3.3电池组装 7
3.4 扫描电子显微镜（SEM） 7
3.4.1 扫描电子显微镜（SEM）工作原理 7
3.4.2 Sn4P3与Sn4P3/RGO样貌分析 7
3.5 透射电子显微镜（TEM） 8
3.6 X射线衍射（XRD） 8
3.6.1 X射线衍射原理 8
3.6.2 Sn4P3与Sn4P3/RGO物相分析 9
4电化学性能数据分析 10
总结 12
参考文献 13
致谢 14
1绪论
1.1引言 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
近三百多年，人们过度依赖化石能源，这就导致了化石类能源面临着日益枯竭的危机。如今石油、天然气、煤炭等一次能源继续地被不断消耗，它们并不能在未来的很长的一段时间继续维持我们的日常生活，由此而来的能源危机是每个国家都要面临的问题[1]。不可否认的是这些能源的消耗虽然带给了我们经济的快速发展，但相对的也带来了环境污染问题。现在的人类发展需要考虑未来，并且也需要绿色发展，所以我们必须走可持续发展道路，也必须进入到利用新能源和节约新能源的时代。因此，寻找并研发新的能源非常有必要，而这些能源必须具备清洁、可持续、可再生的特点。如今的新能源有风能、太阳能、水能、生物质能等，以及一些氢能、核能转换[1]。这些能源在自然界中是可以再生的，人类可不断循环利用。但是，它们受地理环境、气候条件的影响，并不能广泛的使用，只能在合适的地区投入使用。而二次电池不一样，它们能循环利用，且不受气候、地理位置的影响，如今已经成为研究的热点。因此，开发适用于可再生能源电能贮存，能源循环利用就十分重要。二次电池，尤其是锂离子电池的出现，改变了人们对电池的认识，锂离子电池因其高容量、循环寿命长、使用安全、绿色环保等优异性能，如今已被广泛地应用到便携式设备和动力汽车等大型设备中[23]。但是，在地壳中，锂资源的储量不是很丰富，并不能满足人们的需求。资源的不足，制约了锂离子电池的快速发展。然而，钠的电势与锂相比较，十分接近，完全可以替代锂离子电池。因此研究者把钠离子电池作为下一代电池进行研究，并逐渐吸引了人们的关注。因为在地球上，钠资源有很多，可以供人们采取很长时间，而且比锂资源便宜。但是，尽管钠离子电池已经显示出有希望的电化学性能，包括稳定的循环性能和良好的倍率性能，但是应该强调的是，钠离子电池不容易代替锂离子电池，关键原因是钠离子电池具有比锂离子电池较低的能量密度，钠离子电池能量密度较低是因为引入的大多数钠离子插入材料的比容量和氧化还原电位较低。因此，研究资源丰富的新型储能电池迫在眉睫。然而，钠的离子半径较大，在充放电过程中有着较低的迁移速率，传碳基负极材料提供的容量较低。所以，我们非常有必要采取新的一种方式，来研发新型钠离子电池。然而截至到现在，碳基负极材料[46]、锡基负极材料[7]、金属磷化物[8]等材料都被研究者研究过，并且已经应用于钠离子电池，作为其电池负极材料，在上面列举的材料中，金属磷化物/碳复合材料与其它物料相比较而言，复合过后的材料的电化学性能更加好[910]。而在金属磷化物中，磷化锡因具有较高的理论电容量而被研究者们普遍认为是良好的二次电池负极材料。
1.2钠离子电池工作原理
如今的电子行业的发展，需要考虑原材料的数量与成本。然而，锂矿资源并不是很丰富，并且价格也高。这些原因已经导致了锂离子电池并不能继续飞速发展下去，而且对于大型储能系统，它也不能满足未来储能的应用。而钠离子与锂离子的电势相接近，且钠离子电池使用的电极材料主要材料是钠盐，地球上储存的量很多，价格也十分便宜，是很划算的替代品。因而，研究人员将钠离子电池作为一种新的可充电电池系统。
钠离子电池的工作原理与锂离子电池十分相似，它以钠离子代替锂离子实现在电池的正负极之间嵌脱过程实现充放电。如图11所示，当电池处于充电状态时，钠离子从正极脱出，经过电解质溶液运动到负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡；当电池处于放电状态时，钠离子从负极脱嵌，经过电解质重新回到正级[11]。
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图11钠离子电池工作原理图
2负极材料
2.1传统的碳基负极材料
一个二次电池的储锂或者是储钠的多少关键在于这个二次电池的负极材料，因为负极材料在锂离子电池或者是钠离子电池充当着着它储锂，或者是储钠的主体[12]。如我们研究的钠离子电池为例，在钠离子电池充放电的过程中，钠离子会从负极材料中嵌入或者脱离，往返于电池的正负极，钠离子电池的充电容量、放电容量都与负极材料有着密不可分的关系。也因此，电池的负极材料往往就决定了二次电池的发展，负极材料的种类越多，二次电池的发展也就越多样。不可否认的是，在二次电池充放电过程中会出现许许多多的问题，尤为关键的就是电池在工作时的安全问题，例如，锂离子电池，它的正极材料金属锂，在充放电过程中会产生锂枝晶，这就产生了安全隐患，而幸运的是，碳基负极材料的出现解决了此类问题，让二次电池得以继续快速发展，并逐渐商业化。
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