鋰電池負極材料LiCu合金薄膜的電沉積制備及性能研究.pdf

1、金屬鋰因質(zhì)量輕、理論比能量極高(約3860mAh/g)一直是一種備受關注的鋰電池電極材料,但其始終未實現(xiàn)真正的商品化應用,原因在于金屬鋰在充放電使用中易產(chǎn)生枝晶,從而引發(fā)嚴重的電池安全問題。針對這一致命性缺點,本文嘗試以電沉積法制備的LiCu合金薄膜作為新型鋰電池負極材料,該材料以銅為骨架,充放電時以穩(wěn)定的銅骨架結構促進鋰的均勻沉積和溶解,抑制鋰的體積膨脹和收縮,從而避免鋰枝晶的形成,提高鋰金屬負極的安全穩(wěn)定性。
　　分別在1-丁

2、基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIm][BF4])和1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽([EMIm][TFSI])兩種離子液體體系中,電沉積制備了LiCu合金薄膜,通過對比研究合金薄膜的微觀形貌、組成和穩(wěn)定性,最終確定[EMIm][TFSI]體系為更適宜的制備鋰電池負極材料LiCu合金薄膜的電沉積體系,并確定電沉積溶液組成為1.0mol/LLiTFSI+0.066mol/LCu(PTSA)2+[EMIm][TFSI]:NMP(體

3、積比2:1),恒電勢沉積條件為:電勢-3V,溫度298K,時間2h,輔助電極和參比電極分別為鉑片和鉑絲。
　　以上述條件下制備的LiCu合金薄膜中Li的相對原子含量為74.80％,Cu的相對原子含量為25.20%,理論比容量可達943.87mAh/g。分別將該合金負極與正極材料LiCoO2、LiFePO4及Li(NiCoMn)O2組裝成電池,通過循環(huán)伏安測試、充放電測試、SEM表征和EIS測試研究了LiCu合金負極與三種正極材料的

4、相容性。結果發(fā)現(xiàn),LiCu合金負極與LiFePO4正極的相容性較優(yōu),但兩者組裝成的電池的循環(huán)性能和充放電性能仍不及“商用Li/LiFePO4”電池穩(wěn)定,并且倍率性能測試也表明,隨著充放電倍率的增長,“LiCu合金/LiFePO4”電池放電容量的衰減速度比“商用Li/LiFePO4”電池要快。
　　以上電池性能研究的結果表明,目前電沉積工藝制備出的LiCu合金薄膜電極的循環(huán)穩(wěn)定性并沒有比商用Li電極有所提高,說明LiCu合金薄膜電極