中空錫銅顆粒鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有較高的能量密度、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。由于具有較高的容量和安全性等優(yōu)點(diǎn),錫成為極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮囯x子電池負(fù)極材料。但錫在脫嵌鋰的過程中會(huì)產(chǎn)生100％-300%的體積膨脹,從而降低了電池的循環(huán)穩(wěn)定性,因此緩解錫在充放電過程的體積膨脹,對(duì)于電池性能的提高至關(guān)重要。
　　為了改善循環(huán)性能,本文主要從兩方面加以改進(jìn):一是制備錫納米顆粒;二是電流置換制備中空錫銅顆粒,掃描電子顯微鏡(SEM

2、)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)對(duì)合成材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌表征,組裝半電池,恒電流充放電對(duì)負(fù)極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。主要工作如下:
　　1.用液相還原法合成了錫納米顆粒,該方法操作簡(jiǎn)單,反應(yīng)進(jìn)程容易控制,具有良好的重復(fù)性。將硫酸亞錫溶于檸檬酸鈉溶液和硫酸水溶液兩種不同的溶劑中分別進(jìn)行還原,并利用不同的修飾劑制得不同形貌的錫。結(jié)果表明,在硫酸溶液體系中,以PVP為修飾劑制備的錫納米顆粒粒徑分布均勻,平均粒徑約3

3、1 nm。組裝半電池,恒電流充放電對(duì)錫負(fù)極的循環(huán)性能進(jìn)行研究,錫納米顆粒電極首次放電容量1389 mAhg-1,可逆容量1136 mAhg-1,首次庫倫效率為81.79%,首次庫倫效率增大,容量以較緩慢的速率下降,最終下降到100 mAhg-1以下,結(jié)果表明,將錫進(jìn)行納米化之后,納米尺寸在嵌脫鋰過程中絕對(duì)體積變化較小,可以緩解容量下降的問題,錫負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性有所提高。
　　2.通過電流置換制備了中空錫銅顆粒,中空錫銅顆粒的粒徑分

4、布均勻,平均粒徑約為241 nm。通過控制電流置換條件制備了具有良好中空結(jié)構(gòu)的錫銅顆粒,探究了中空結(jié)構(gòu)的形成過程。中空錫銅顆粒電極的首次放電容量為1211 mAhg-1,首次充電容量1000 mAhg-1,首次庫倫效率為82.58%,形成的中空結(jié)構(gòu)和銅原子的引入使容量下降速度減緩,最終穩(wěn)定在450 mAhg-1,結(jié)果表明,非活性元素的引入和中空結(jié)構(gòu)的形成有效緩解體積膨脹,提高錫基負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性,這為制備高循環(huán)性能鋰離子電池負(fù)極材料奠定