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Erschienen in: Journal of Materials Science 10/2012

01.05.2012

Structural and chemical characterization of SnO2-based nanoparticles as electrode material in Li-ion batteries

verfasst von: Dorothée Vinga Szabó, Goran Kilibarda, Sabine Schlabach, Vanessa Trouillet, Michael Bruns

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 10/2012

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Abstract

Improvement of long-term stability of electrode materials in Li-ion batteries requires a detailed understanding of influence of synthesis parameters on surface chemistry and on properties. Therefore, bare SnO2 and core/shell nanoparticles with SnO2 core and a hydrocarbon shell are synthesized in an Ar/20% O2 microwave plasma, deposited as porous nanoparticle films in situ on heated Ni-substrates, and finally assembled as anodes in Swagelok cells. In a comprehensive study, we investigate structure, particle size, chemistry, morphology, and water content of the nanoparticles using X-ray diffraction, transmission electron microscopy, specific surface area analysis, and coulometric water titration. The thicknesses of the nanoparticle films and their surface chemistry are investigated by scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. SnO2 nanoparticles are crystalline, with a tetragonal cassiterite structure. Primary particle sizes around 3 nm are reached for the bare SnO2 particles, 5–8 nm for the cores of the core/shell nanoparticles. A minimum microwave power of 900 W is necessary to synthesize SnO2 nanoparticles without precursor residuals as pristine SnO2 particles for the subsequent coating step. In the coating step increasing hydrocarbon content can be correlated with increasing carbon-precursor feeding rate. Water uptake, stemming either from the process, or due to atmospheric contamination, can successfully be reduced by a thermal treatment. The still remaining water is a function of specific surface area. Finally, bare SnO2 versus core/shell nanoparticles are compared regarding the influence of the shell on the electrochemical properties. The principal improved functionality of the developed anodes in Swagelok cells is demonstrated.

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Metadaten
Titel
Structural and chemical characterization of SnO2-based nanoparticles as electrode material in Li-ion batteries
verfasst von
Dorothée Vinga Szabó
Goran Kilibarda
Sabine Schlabach
Vanessa Trouillet
Michael Bruns
Publikationsdatum
01.05.2012
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 10/2012
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-012-6292-7

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