SbO2基薄膜電極及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰特性.pdf

1、隨著越來(lái)越大能源消耗，一些不可再生資源面臨枯竭，能源問(wèn)題正成為人們關(guān)注的重要課題之一。一方面，太陽(yáng)能、生物能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃四艿刃履茉醇夹g(shù)取得了令人矚目的成就，而可循環(huán)的儲(chǔ)電設(shè)備發(fā)展相對(duì)滯后;另一方面，交通運(yùn)輸工具所排放的廢氣對(duì)大氣的污染愈發(fā)突顯，采用一種全新的動(dòng)力電池來(lái)代替現(xiàn)有氣燃機(jī)驅(qū)動(dòng)已迫在眉睫。鋰離子電池作為一種儲(chǔ)能設(shè)備已獲得高度關(guān)注，高容量、超循環(huán)穩(wěn)定性和安全性的電池及其材料的研究開(kāi)發(fā)正成為熱點(diǎn)。本論文就SnO2基鋰離子電池薄

2、膜電極的制備及其電化學(xué)性能開(kāi)展研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　采用濕化學(xué)方法制備了Sb摻雜SnO2(ATO)粉體，添加適當(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑、經(jīng)1250℃燒結(jié)制備了直徑為50 mm、厚度為5 mm的磁控濺射靶材。
　　通過(guò)射頻（radiao frequency, RF）磁控濺射(megnatron spputering，MS)方法制備了ATO薄膜。研究了濺射襯底溫度對(duì)ATO薄膜表面形貌和微觀組織結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:ATO薄膜由納米晶

3、組成，且隨著濺射襯底溫度的升高，結(jié)晶性更好、晶粒尺寸略有變大。利用X射線光電子能譜對(duì)ATO薄膜的化學(xué)價(jià)態(tài)分析得出薄膜由Sn以+4、Sb以+5價(jià)存在。
　　將沉積在Cu箔襯底上的ATO薄膜作為工作電極、以鋰片為參比電極進(jìn)行鋰離子電池組裝，測(cè)試了不同條件下的ATO薄膜電極的電化學(xué)性能。研究分析可知:不同襯底溫度下的ATO薄膜電極具有類(lèi)似的循環(huán)伏安特性，說(shuō)明它們經(jīng)歷了相同的電化學(xué)過(guò)程;與襯底溫度為室溫和100℃相比，襯底溫度為200℃的

4、ATO薄膜具有較高的電化學(xué)容量、更好的循環(huán)性能和倍率性能;襯底溫度為200℃的ATO薄膜的首次放電容量為1654 mA h/g，以電流密度為100 mA/g進(jìn)行充放電測(cè)試100和200次循環(huán)后容量仍然分別保持在756和679 mA h/g。
　　利用透射電子顯微技術(shù)對(duì)不同充放階段的ATO薄膜電極的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了分析、探究了ATO薄膜電極的儲(chǔ)鋰機(jī)理。結(jié)果表明:在首次放電過(guò)程中，SnO2被還原成金屬Sn，金屬Sn與Li進(jìn)一步反應(yīng)形成L

5、i-Sn合金，并最終形成Li4.4Sn;在充電階段，鋰錫合金先發(fā)生脫鋰過(guò)程重新生成單質(zhì)Sn;當(dāng)電池充電到2.0 V時(shí)，金屬Sn可與Li2O發(fā)生反應(yīng)、并部分氧化形成SnO2。
　　開(kāi)發(fā)了一種ATO薄膜電極反應(yīng)機(jī)理研究的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)技術(shù)，即將ATO薄膜直接沉積在具有多孔碳膜的微柵上作為鋰離子電池的工作電極、參與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，以此研究不同充放電階段的ATO物相演變，進(jìn)而獲得ATO的電化學(xué)儲(chǔ)鋰機(jī)理。結(jié)果表明，這是一種研究電極活性物質(zhì)反應(yīng)機(jī)理