3D納米結(jié)構(gòu)銅集流體上鍺電極的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、Ge因?yàn)槠錁O高的比容量，被認(rèn)為是下一代極具前景的鋰離子電池負(fù)極材料。然而，由于Ge作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)嚴(yán)重的體積膨脹(370％)容易造成 Ge活性物質(zhì)的損失，使得Ge的比容量急劇下降，不利于電池容量的穩(wěn)定性保持，故設(shè)計(jì)出合理的Ge電極以減少 Ge在充放電過(guò)程中的損失，成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究的重點(diǎn)，也面臨著很大的挑戰(zhàn)。具有3D結(jié)構(gòu)的集流體可以為Ge活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中的體積膨脹提供緩沖空間，防止Ge出現(xiàn)粉化脫落等優(yōu)點(diǎn)。因此本論文通過(guò)制

2、備特殊形貌銅集流體，構(gòu)筑3D結(jié)構(gòu)銅集流體，在其上制備鍺電極材料，深入研究集流體的結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)筑的電極材料電化學(xué)性能的影響。
　　首先通過(guò)用電鍍法，制備出枝晶銅集流體，在此集流體上負(fù)載鍺薄膜，制備三維納米Cu/Ge電極，對(duì)其進(jìn)行SEM、XRD等分析測(cè)試，并以此Cu/Ge電極組裝電池測(cè)試其儲(chǔ)鋰性能，與商業(yè)用集流體進(jìn)行比較。結(jié)果表明，在C/10倍率下，首次充放電比容量分別為1171.3mAh/g和1700.6mAh/g，首次庫(kù)倫效率為68.

3、88%，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后，充放電比容量為821.1mAh/g與856.1mAh/g，優(yōu)于商業(yè)用銅集流體材料，同時(shí)倍率性能與商業(yè)銅集流體相比，也得到了顯著提高。
　　采用氫氣泡沫法制備了多孔銅集流體，研究多種因素，如電鍍時(shí)間、銅鹽濃度、電極間距對(duì)銅集流體孔形貌和結(jié)構(gòu)的影響，得到最佳的工藝參數(shù)。在多孔銅集流體上負(fù)載 Ge薄膜，經(jīng)過(guò)高溫退火處理后，得到三維納米多孔 Ge電極，該電極由于其良好的導(dǎo)電性、高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出良好的

4、儲(chǔ)鋰性能。在C/10倍率下，首次充放電比容量分別為1351.6mAh/g和1767.5mAh/g，首次庫(kù)倫效率達(dá)到76.47%，100次循環(huán)后，放電比容量保持為1260mAh/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)在倍率為5C時(shí)，比容量達(dá)到420.1mAh/g，具備良好的高倍率性能。
　　以離子液體電沉積方法制備棒狀銅集流體，通過(guò)研究沉積電位對(duì)銅集流體形貌的影響，制備出不同電位下的菜花狀銅集流體，并用離子液體電沉積法在銅集流體上負(fù)載鍺薄