Sn基合金鋰離子電池負(fù)極的制備與研究.pdf

1、目前商品化的鋰離子電池的負(fù)極材料主要使用的是石墨材料，但是石墨材料的理論容量只有372mAh/g，已不能滿足時(shí)代對(duì)鋰離子電池提出的高容量的要求。錫作為鋰離子電池的負(fù)極材料是下一代鋰離子電池負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)之一，具有974mAh/g的理論容量，以及合適的充放電平臺(tái)（0.4-0.6VvsLi/Li+）.具有巨大的潛在研究和應(yīng)用價(jià)值。但是其作為鋰離子電池負(fù)極材料具有不可忽視的缺陷，即在嵌鋰過程中帶來的巨大體積膨脹(300％)而導(dǎo)致的活性材料

2、的粉化脫落，造成容量的急劇衰減。目前解決這個(gè)難題的主要手段有以下幾點(diǎn):①將Sn粒做成納米級(jí)的小粒子，減少單個(gè)粒子的絕對(duì)體積膨脹;②與其它的金屬形成合金，通過不同金屬之間的協(xié)調(diào)作用來緩解充放電過程中的機(jī)械應(yīng)力;③對(duì)Sn粒進(jìn)行包覆，一般是采用碳材料，利用碳材料的柔軟特性來緩解充放電過程中的機(jī)械應(yīng)力。根據(jù)以上的幾個(gè)構(gòu)想，本文展開了以下幾個(gè)方面的工作:
　　(1)采用有機(jī)溶劑高溫反應(yīng)方法，在有機(jī)溶劑三甘醇中采用NaBH4作為還原劑，制備納

3、米級(jí)的Sn粒子，并且對(duì)其形貌和粒徑做了檢查，確定其粒徑的大小，在此基礎(chǔ)上考察了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能。經(jīng)過試驗(yàn)的證明，合成的納米Sn粒相對(duì)于大顆粒的Sn材料具有更高的容量和更好的循環(huán)性能，但是其循環(huán)性能還是不能令人滿意，在其后的循環(huán)過程中，其容量急劇的衰減。
　　(2)在成功合成納米Sn?；A(chǔ)上，通過加入活性金屬Sb以及惰性金屬Cu，合成Sn-SnSb合金以及Cu6Sn5，Sn-Sb-Cu納米材料，采用XRD，SEM等手段

4、對(duì)其組成和形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，在確定其組成和形貌的前提下考察其作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能。實(shí)驗(yàn)表明，在納米Sn粒的基礎(chǔ)上可以有效的形成新的合金相，并且新形成的合金粒子粒徑均一，分散均勻。將合金材料作為鋰離子電池負(fù)極材料在經(jīng)過充放電測(cè)試得到以下結(jié)論:Sn其它的金屬形成合金，可以有效的提高Sn電極的循環(huán)性能，Sn-SnSb合金在經(jīng)過50周的循環(huán)之后還保持427.6mAh/g的放電容量和409.2mAh/g的充電容量，而Cu6Sn5電極，在經(jīng)

5、過30周的循環(huán)之后還保持367.9mAh/g的放電容量和356.3mAh/g的充電容量。
　　(3)在Sn-SnSb納米合金的基礎(chǔ)上，利用蔗糖的高溫分解形成的碳，對(duì)合金進(jìn)行包覆，形成新的SnSb@C復(fù)合材料。在XRD譜圖中，復(fù)合材料中的純Sn相消失了，從SEM電鏡圖中可以看出，SnSb@C復(fù)合材料納米顆粒分散性也很好，沒有出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，并且可以在其表面看到微小的孔洞和缺陷。在充放電測(cè)試中，復(fù)合材料的電極表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能，在