Sn4P3复合纳米材料的可控制备及其钠离子电池性能研究

Tin phosphide based materials is a hot research area for anodes of sodium ion batteries due to their advantages of low cost, high theoretic capacity and low discharge potential plateau. However, the capacity and cyclic performance of tin phosphide based sodium ion batteries need to be further improved due to the hardly controlled structures, bad conductivity and large volume expansion during the discharge/charge process. In this proposal, we put forward to employ perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride(PTCDA), hollow SnO2, metal organic frameworks(MOFs) to synthesize series of core-shell Sn4P3-C composite materials for anodes of sodium ion batteries. The aim of this proposal is controllable synthesis of tin phosphide based materials, which not only enhances their conductivity but also buffers their volume expansion during the discharge and charge process, in order to obtain high energy density and good cyclic performance sodium ion batteries. Through study on the relationship between the performances of sodium ion batteries and the structure of Sn4P3-C composite nanomaterials, we can build new efficient ways for improving the performance of sodium ion batteries. This project may have prominent significance on the design of Sn4P3 based composite materials and their application on sodium ion batteries. Moreover, it may supply theoretic and practical support for study on mechanism of sodium ion batteries.

Sn4P3材料作为钠离子电池负极具有成本低、理论容量高和放电平台低等优势，是目前钠离子电池研究的热点。然而Sn4P3材料结构难以控制并且导电性差，在充放电过程中体积膨胀严重，因此，其钠离子电池能量密度和循环性能急需进一步提高。本项目提出利用苝四甲酸二酐(PTCDA)、空心SnO2、金属有机框架化合物(MOFs)等，控制合成一系列核壳Sn4P3-C复合纳米材料来构建钠离子电池负极。本项目旨在控制合成Sn4P3复合纳米材料，既增强Sn4P3的导电性又缓冲其在充放电过程中的体积膨胀，从而有望获得高能量密度和良好循环性能的钠离子电池负极。通过探讨钠离子电池性能与Sn4P3-C复合纳米材料结构的关系，建立提高Sn4P3材料钠离子电池性能的新方法。本项目不仅对Sn4P3复合纳米材料的控制合成及其在钠离子电池负极的研究具有开创性的意义，而且能为钠离子电池的机理研究提供理论和实践依据。

近年来，商业化的碳材料已经不能满足日益增长的人们对电池性能的需求，因此，锂离子电池负极材料是研究的热点之一。其中，金属氧化物及金属磷化物由于其理论容量较高，成为科研工作者们大量研究的材料。本项目通过采用金属有机框架材料（MOFs），双金属氢氧化物(LDHs)，苝甲酸二酐（PTCDA）等作为前驱体，合成一系列无机纳米材料如多孔ZnO/ZnFe2O4复合物， 片状Fe2O3/还原石墨烯，石榴状CuxSny/Sn/SnO2， 管状MnO/Cp， CoMn2O4纳米颗粒等作为于锂离子电池负极材料，电池循环性能和倍率性能良好。通过采用钼酸盐和多巴胺复合物，普鲁士蓝，SnO2空心球等作为前驱体，合成一系列复合纳米材料如MoO2-Mo2C-C微球， Fe2O3-C-Ag纳米方块，C@SnO2/Sn/空心@C空心球等，获得电化学性能优良的电池负极。此外， 通过以MoO2纳米球，金属有机框架化合物、三维N掺杂的C为模版合成了MoP-C纳米球， FexP-C空心纳米立方块，SnxPy/C作为锂离子电池负极材料，碳层结构有效缓冲了材料在充放电过程中的体积膨胀，提高了材料的循环性能。该项目探讨了负极材料的结构与性能的关系，建立了提高负极材料性能的新方法，为电池机理研究和性能的提高提供理论和实践依据。