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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(yīng)用。目前,商業(yè)化鋰離子電池負(fù)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(yīng)用。因此,科研人員積極探索新的負(fù)極材料,當(dāng)前研究較多的是錫基負(fù)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(fù)極材料之一。錫基負(fù)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(dǎo)致錫基負(fù)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(xué)性能。通
3、過對比不同脈沖電流對Sn薄膜負(fù)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(fù)極,其電化學(xué)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(jié)構(gòu)的Sn基負(fù)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(fù)極,在22次循環(huán)時其放電比容量達到365 mAh/g。研究結(jié)果表明,熱處理過程中O和Cu摻雜到錫膜中,改
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