高容量Sn–C、Sn–Ni鋰離子電池負極材料的制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池憑借其高能量密度、高電位及無污染等優(yōu)勢，在小型電池方面、新能源存儲和電動汽車領域展現(xiàn)了良好的應用前景。然而，目前商業(yè)化的碳負極材料容量是相對低的。作為具有高比容量的錫負極材料，在多次重復性的嵌脫鋰過程中會發(fā)生劇烈的體積變化，致使材料出現(xiàn)裂紋，甚至粉化等，最終造成循環(huán)性能很差，甚至電極失效。針這些問題，本論文選擇鋰離子電池Sn負極材料為研究對象，從控制材料形貌、結構及成分等出發(fā)，采用材料微納米化、與碳材料復合、與非活性物質合金化

2、，以及設計空心結構等改進方法，選用一步球磨、溶劑熱法制備出具有新穎結構的負極材料。本論文利用XRD、SEM、TEM、Raman、BET等手段測試分析了這些材料的微觀結構和組成等。本論文使用恒流充放電技術和電化學阻抗手段測試了其電化學性能，并對它們的綜合性能進行了初步的分析評價。本論文開展的研究工作主要為以下三大方面：
　　1.采用簡單的一步球磨法制備Sn–C復合材料，并與純Sn的電化學性能相比較。球磨Sn和石墨制備的微納米Sn–C

3、復合材料比純Sn性能優(yōu)異，其中微納米Sn–C在循環(huán)20次后其容量大于376mAhg–1，不可逆容量損失較少，循環(huán)穩(wěn)定性得到一定的提高。正是由于微納米Sn–C復合材料的顆粒尺寸較小，以及石墨作為緩沖基底，從而在很大程度上緩沖了體積膨脹。
　　2.基于軟模板自組裝法和原位碳包覆策略通過溶劑熱法巧妙制備Sn–C空心微球負極材料，并對合成工藝進行優(yōu)化，得出溶劑熱最佳條件為160℃下反應12h，十二胺最佳含量為0.25g。通過對前驅體適溫煅

4、燒，將最終產物Sn–C空心球進行電化學性能測試。這些獨特的Sn–C空心球表現(xiàn)出了很好的電化學性能。在0.25C下不斷循環(huán)30次過程中，Sn–C空心球始終穩(wěn)定保持在554mAhg–1以上的容量。Sn–C材料獨特的空心結構及優(yōu)良的碳包覆層賦予其能在不同電流密度0.25C、0.5C、1C、2.5C、5C和15C下表現(xiàn)較好的電化學性能。
　　3.基于奧氏熟化機制成功將活性物質Sn和非活性Ni有效結合起來制備高容量的Ni3Sn2空心球。通過