Sn基合金鋰離子電池負極的制備與研究.pdf

1、目前商品化的鋰離子電池的負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，已不能滿足時代對鋰離子電池提出的高容量的要求。錫作為鋰離子電池的負極材料是下一代鋰離子電池負極材料的研究熱點之一，具有974mAh/g的理論容量，以及合適的充放電平臺（0.4-0.6VvsLi/Li+）.具有巨大的潛在研究和應用價值。但是其作為鋰離子電池負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。目前解決這個難題的主要手段有以下幾點:①將Sn粒做成納米級的小粒子，減少單個粒子的絕對體積膨脹;②與其它的金屬形成合金，通過不同金屬之間的協(xié)調作用來緩解充放電過程中的機械應力;③對Sn粒進行包覆，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械應力。根據(jù)以上的幾個構想，本文展開了以下幾個方面的工作:
　　(1)采用有機溶劑高溫反應方法，在有機溶劑三甘醇中采用NaBH4作為還原劑，制備納

3、米級的Sn粒子，并且對其形貌和粒徑做了檢查，確定其粒徑的大小，在此基礎上考察了其作為鋰離子電池負極材料的性能。經過試驗的證明，合成的納米Sn粒相對于大顆粒的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、對其組成和形貌結構進行表征，在確定其組成和形貌的前提下考察其作為鋰離子電池負極材料的性能。實驗表明，在納米Sn粒的基礎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極材料在經過充放電測試得到以下結論: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

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納米合金的基礎上，利用蔗糖的高溫分解形成的碳，對合金進行包覆，形成新的SnSb@C復合材料。在XRD譜圖中，復合材料中的純Sn相消失了，從SEM電鏡圖中可以看出，SnSb@C復合材料納米顆粒分散性也很好，沒有出現(xiàn)團聚的現(xiàn)象，并且可以在其表面看到微小的孔洞和缺陷。在充放電測試中，復合材料的電極表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能，在