高容量Sn–C、Sn–Ni鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池憑借其高能量密度、高電位及無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，在小型電池方面、新能源存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。然而，目前商業(yè)化的碳負(fù)極材料容量是相對(duì)低的。作為具有高比容量的錫負(fù)極材料，在多次重復(fù)性的嵌脫鋰過(guò)程中會(huì)發(fā)生劇烈的體積變化，致使材料出現(xiàn)裂紋，甚至粉化等，最終造成循環(huán)性能很差，甚至電極失效。針這些問(wèn)題，本論文選擇鋰離子電池Sn負(fù)極材料為研究對(duì)象，從控制材料形貌、結(jié)構(gòu)及成分等出發(fā)，采用材料微納米化、與碳材料復(fù)合、與非活性物質(zhì)合金化

2、，以及設(shè)計(jì)空心結(jié)構(gòu)等改進(jìn)方法，選用一步球磨、溶劑熱法制備出具有新穎結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料。本論文利用XRD、SEM、TEM、Raman、BET等手段測(cè)試分析了這些材料的微觀結(jié)構(gòu)和組成等。本論文使用恒流充放電技術(shù)和電化學(xué)阻抗手段測(cè)試了其電化學(xué)性能，并對(duì)它們的綜合性能進(jìn)行了初步的分析評(píng)價(jià)。本論文開(kāi)展的研究工作主要為以下三大方面：
　　1.采用簡(jiǎn)單的一步球磨法制備Sn–C復(fù)合材料，并與純Sn的電化學(xué)性能相比較。球磨Sn和石墨制備的微納米Sn–C

3、復(fù)合材料比純Sn性能優(yōu)異，其中微納米Sn–C在循環(huán)20次后其容量大于376mAhg–1，不可逆容量損失較少，循環(huán)穩(wěn)定性得到一定的提高。正是由于微納米Sn–C復(fù)合材料的顆粒尺寸較小，以及石墨作為緩沖基底，從而在很大程度上緩沖了體積膨脹。
　　2.基于軟模板自組裝法和原位碳包覆策略通過(guò)溶劑熱法巧妙制備Sn–C空心微球負(fù)極材料，并對(duì)合成工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出溶劑熱最佳條件為160℃下反應(yīng)12h，十二胺最佳含量為0.25g。通過(guò)對(duì)前驅(qū)體適溫煅

4、燒，將最終產(chǎn)物Sn–C空心球進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。這些獨(dú)特的Sn–C空心球表現(xiàn)出了很好的電化學(xué)性能。在0.25C下不斷循環(huán)30次過(guò)程中，Sn–C空心球始終穩(wěn)定保持在554mAhg–1以上的容量。Sn–C材料獨(dú)特的空心結(jié)構(gòu)及優(yōu)良的碳包覆層賦予其能在不同電流密度0.25C、0.5C、1C、2.5C、5C和15C下表現(xiàn)較好的電化學(xué)性能。
　　3.基于奧氏熟化機(jī)制成功將活性物質(zhì)Sn和非活性Ni有效結(jié)合起來(lái)制備高容量的Ni3Sn2空心球。通過(guò)