濺射法制備錫鋁復(fù)合薄膜及其嵌鋰性能研究.pdf

1、隨著便攜電子設(shè)備的尖端化和電動汽車的逐步發(fā)展，鋰離子二次電池面臨高比容量、長循環(huán)壽命、高倍率性能以及安全問題的要求和挑戰(zhàn)。目前商業(yè)化的鋰離子電池多采用石墨作為負(fù)極材料，較低的比容量（LiC6,372 mAh/g）及存在的安全隱患難以滿足相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。在人們研究的可以替代石墨的負(fù)極材料中，錫負(fù)極材料以其較高理論比容量（Li22Sn5,994 mAh/g）、合適的嵌鋰電位（0.3-0.8 Vvs.Li/Li+）、資源豐富，安全性好等優(yōu)

2、點(diǎn)引起了人們極大的關(guān)注。但是，錫在進(jìn)行脫嵌鋰反應(yīng)過程中伴隨著較大的體積變化（高達(dá)300％），造成電極材料的破壞、粉化和剝離，以致與集流體失去電接觸，從而導(dǎo)致容量的迅速衰減，循環(huán)性能變差。研究表明，通過薄膜化、納米化和復(fù)合化等方法可以抑制錫的體積膨脹問題，使錫的電化學(xué)性能得以提高。本文從薄膜化、納米化和復(fù)合化方面著手，采取磁控濺射的方法（MS）制備了錫、錫-鋁復(fù)合薄膜，并研究了其電化學(xué)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過XRD、S

3、EM方法表征了Sn薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌，并研究了時(shí)間、功率對Sn薄膜電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著濺射功率的增大、濺射時(shí)間的延長，組成錫薄膜的粒子就越大。當(dāng)濺射時(shí)間30 min，濺射功率50W時(shí)，電化學(xué)性能最優(yōu)，以200mA/g充放電，循環(huán)50周后，放電比容量保持在381.1mAh/g。⑵為了改善錫薄膜的電化學(xué)性能，采用共濺的方法制備了平面和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Sn-Al復(fù)合薄膜。通過XRD、SEM、EDX等方法對Sn-Al薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌及組

4、成進(jìn)行表征，并研究了基底（銅箔、泡沫銅）對復(fù)合薄膜電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：以600mA/g充放電，循環(huán)50周后，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜放電比容量是410mAh/g，而平面復(fù)合薄膜的放電比容量僅為216mAh/g，此外，三維結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜也有著較好的倍率性能。較好的電化學(xué)性能歸因于泡沫銅具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面粗糙度較大，不僅增大了薄膜與基底的結(jié)合力，提高了鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)，而且為錫薄膜的體積變化提供容納的空間，提高了復(fù)合薄膜的電化學(xué)

5、性能。⑶為了進(jìn)一步改善Sn-Al復(fù)合薄膜的電化學(xué)性能，采用共濺的方法制備了不同Al含量的Sn-Al復(fù)合薄膜（Sn、Sn-18wt% Al、Sn-33wt% Al），并對其進(jìn)行電化學(xué)性能測試。研究結(jié)果表明：不同Al含量對Sn、Sn-18wt%Al、Sn-33wt%Al薄膜結(jié)構(gòu)和形貌有一定影響；電化學(xué)測試表明，以600mA/g進(jìn)行充放電測試，循環(huán)60周后，Sn-18 wt% Al復(fù)合薄膜可逆容量高達(dá)460mAh/g，倍率性能在3000mA/