電沉積法制備的錫基合金鋰離子電池負極性能的研究.pdf

1、鋰離子電池具有輸出電壓高、循環(huán)壽命長、能量密度大的優(yōu)點，在通訊產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品上得到了廣泛的應用。目前，商業(yè)化鋰離子電池負極主要為石墨材料，其理論比容量為374 mAh/g，實際比容量僅為200 mAh/g，大大限制了鋰離子電池的應用。因此，科研人員積極探索新的負極材料，當前研究較多的是錫基負極材料，其比容量為997mAh/g，幾乎是石墨材料的3倍，被視為極具有潛力取代石墨材料，成為新型鋰離子電池的負極材料之一。錫基負極材料的最大缺陷是在

2、嵌脫鋰過程中，體積變化大(約300％)，這導致錫基負極活性物質(zhì)在充放電的過程中出現(xiàn)龜裂、崩離現(xiàn)象，使電池容量下降，充放電循環(huán)性能變差。
　　本課題針對這一問題，采用脈沖電沉積的方法，制備Sn薄膜，希望通過控制電流密度實現(xiàn)控制和降低晶粒尺寸，減少晶粒在嵌脫鋰過程中的絕對體積變化，來提高其嵌脫鋰性能的穩(wěn)定性。同時采用用XRD和SEM表征了沉積物的組成和形貌，用恒流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗方法研究了電池的充放電循環(huán)性能和電化學性能。通

3、過對比不同脈沖電流對Sn薄膜負極的充放電性能的影響，發(fā)現(xiàn)電流密度為3.75 mA/cm2沉積得到的Sn膜，作為鋰離子電池的負極，其電化學性能穩(wěn)定，首次放電比容量為442 mAh/g，在以后的循環(huán)中最大比容量為331 mAh/g。又在不同條件下對Sn薄膜進行熱處理和摻雜，首先在空氣中200℃溫度下，對其進行熱處理48 h，獲得多層結構的Sn基負極，電池性能得到明顯的改善，其最大放電比容量為573 mAh/g，在隨后的4個循環(huán)中仍保持高于5

4、60 mAh/g的高比容量進行充放電。又對電流密度為3.75 mA/cm2下沉積得到的Sn膜上脈沖電沉積覆蓋一層Cu膜，在200℃氬氣氛下熱處理12 h，形成的Sn-Cu合金薄膜，其最大放電比容量為910 mAh/g;在200℃空氣中氧化12h，部分Sn被氧化為SnO，并且在Cu-Sn界面上生成了Cu6Sn5合金，其作為鋰離子電池的負極，在22次循環(huán)時其放電比容量達到365 mAh/g。研究結果表明，熱處理過程中O和Cu摻雜到錫膜中，改