锂离子电池锡基薄膜负极材料的制备及其电化学性能研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hlexcuner
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目前商品化的碳负极材料的理论比容量较低,限制了其应用范围。锡的理论比容量高达994 mAh/g,且具有嵌锂电位适中、廉价易得等优点,成为研究较多的负极材料之一。然而,充放电时伴随着不断的脱嵌锂过程,锡电极将产生巨大的体积变化,引起锡基体开裂、粉化甚至从集流体上剥落,表现了较差的循环性能。针对这个问题,本文采用具有三维结构的泡沫铜做基底,为锡电极在充放电过程中体积膨胀提供足够的空间,同时粗糙的基底表面可增强活性物质与基底的结合力,提高电极循环性能;采用真空蒸发及磁控溅射制备了Sn薄膜,考察了其电化学性能;利用磁控溅射制备了Sn-Al薄膜,研究了不同掺Al量对薄膜电化学性能的影响。   采用真空蒸发在泡沫铜基底上制备了Sn薄膜负极材料。通过XRD表征薄膜物相结构、SEM分析了其微观形貌,并测试了Sn薄膜的电化学性能。结果表明,三维结构的泡沫铜的粗糙基底增强了活性物质与基底的结合力,在相同基底温度和功率下,随着蒸发时间的增加,锡颗粒逐渐增大,其电化学性能降低;在相同蒸发时间和功率下,升高基底温度,颗粒无明显变化,改善了样品的循环寿命,当蒸发功率200 W、基底温度200℃及蒸发时间0.5 h时,样品的性能最优,100次充放电循环后,其放电比容量仍达407.3 mAh/g。   采用磁控溅射在泡沫铜基底上制备不同粒径大小的Sn薄膜材料,在相同基底温度和功率下,溅射时间10 min时,Sn颗粒较小,样品的循环性能最优。首次充电比容量为955.4 mAh/g,100次后循环,放电比容量为448.5 mAh/g,较真空蒸发制备的样品性能有所提高。制备了一系列不同比例组成的Sn-Al薄膜,通过XRD及TEM表征薄膜物相结构,SEM分析其微观形貌,EDS测试分析Sn和Al的含量。当掺Al量为17.0 wt%时,Sn-Al薄膜样品的电化学性能最优,100次循环后,仍有较高的放电比容量581.9 mAh/g;考察了不同电流密度下该样品的性能,在1000 mA/g的电流密度下,100个充放电循环,放电比容量为425.8mAh/g,表现了较好的倍率性能。
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