眾所周知，負(fù)極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，可見(jiàn)負(fù)極材料在鋰電池化學(xué)體系中起著至關(guān)重要的作用，其中鋰電池負(fù)極材料Sn基主要有錫氧化物和錫合金等。接下來(lái)，本文介紹Sn基體積效應(yīng)改進(jìn)。
錫氧化物
SnO2因具有較高的理論比容量（781mAh/g）而備受關(guān)注，然而，其在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題：首次不可逆容量大、嵌鋰時(shí)會(huì)存在較大的體積效應(yīng)（體積膨脹250%～300%）、迴圈過(guò)程中容易團(tuán)聚等。研究表明，通過(guò)製備複合材料，可以有效抑制SnO2顆粒的團(tuán)聚，同時(shí)還能緩解嵌鋰時(shí)的體積效應(yīng)，提高SnO2的電化學(xué)穩(wěn)定性。
其中研究人員可以採(cǎi)用化學(xué)沉積和高溫?zé)Y(jié)法製備SnO2/石墨複合材料，其在100mA/g的電流密度下，比容量可達(dá)450mAh/g以上，在2400mA/g電流密度下，可逆比容量超過(guò)230mAh/g。實(shí)驗(yàn)表明，石墨作為載體，不僅能將SnO2顆粒分散得更均勻，而且能有效抑制顆粒團(tuán)聚，提高材料的迴圈穩(wěn)定性。
錫合金
SnCoC是Sn合金負(fù)極材料中商業(yè)化較成功的一類材料，其將Sn、Co、C（錫、鈷、碳）三種元素在原子水準(zhǔn)上均勻混合，並非晶化處理而得，該材料能有效抑制充放電過(guò)程中電極材料的體積變化，提高迴圈壽命。
如2011年，日本SONY公司宣佈採(cǎi)用Sn系非晶化材料作容量為3.5AH的18650圓柱電池的負(fù)極。單質(zhì)錫的理論比容量為994mAh/g，能與其他金屬Li、Si、Co等形成金屬間化合物。還有相關(guān)公司先採(cǎi)用無(wú)電電鍍法製備了三維多孔結(jié)構(gòu)的Cu薄膜載體，然後通過(guò)表面電沉積在Cu薄膜載體表面負(fù)載Sn-Co合金，從而製備了三維多孔結(jié)構(gòu)的Sn-Co合金。
該材料的首次放電比容量為636.3mAh/g，首次庫(kù)倫效率達(dá)到83.1%，70次充放電迴圈後比容量仍可達(dá)到511.0mAh/g。Wang等以石墨為分散劑，SnO2/SiO2和金屬鋰的混合物為反應(yīng)物，採(cǎi)用高能機(jī)械球磨法並經(jīng)後期熱處理，製備了石墨基質(zhì)中均勻分散的Sn/Si合金，該材料在200次充放電迴圈後，其可逆容量仍可達(dá)574.1mAh/g，性能優(yōu)於單獨(dú)的SnO2或SiO2等負(fù)極材料。
顯然，錫氧化物和錫合金材料在發(fā)揮高容量的同時(shí)伴隨著體積變化，所以解決或改善體積變化效應(yīng)將成為金屬基材料研發(fā)的方向。
