鋰離子電池錫基薄膜負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、目前商品化的碳負(fù)極材料的理論比容量較低，限制了其應(yīng)用范圍。錫的理論比容量高達(dá)994 mAh/g，且具有嵌鋰電位適中、廉價易得等優(yōu)點(diǎn)，成為研究較多的負(fù)極材料之一。然而，充放電時伴隨著不斷的脫嵌鋰過程，錫電極將產(chǎn)生巨大的體積變化，引起錫基體開裂、粉化甚至從集流體上剝落，表現(xiàn)了較差的循環(huán)性能。針對這個問題，本文采用具有三維結(jié)構(gòu)的泡沫銅做基底，為錫電極在充放電過程中體積膨脹提供足夠的空間，同時粗糙的基底表面可增強(qiáng)活性物質(zhì)與基底的結(jié)合力，提高電極

2、循環(huán)性能；采用真空蒸發(fā)及磁控濺射制備了Sn薄膜，考察了其電化學(xué)性能；利用磁控濺射制備了Sn-Al薄膜，研究了不同摻Al量對薄膜電化學(xué)性能的影響。
　　 采用真空蒸發(fā)在泡沫銅基底上制備了Sn薄膜負(fù)極材料。通過XRD表征薄膜物相結(jié)構(gòu)、SEM分析了其微觀形貌，并測試了Sn薄膜的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，三維結(jié)構(gòu)的泡沫銅的粗糙基底增強(qiáng)了活性物質(zhì)與基底的結(jié)合力，在相同基底溫度和功率下，隨著蒸發(fā)時間的增加，錫顆粒逐漸增大，其電化學(xué)性能降低；在相

3、同蒸發(fā)時間和功率下，升高基底溫度，顆粒無明顯變化，改善了樣品的循環(huán)壽命，當(dāng)蒸發(fā)功率200 W、基底溫度200℃及蒸發(fā)時間0.5 h時，樣品的性能最優(yōu)，100次充放電循環(huán)后，其放電比容量仍達(dá)407.3 mAh/g。
　　 采用磁控濺射在泡沫銅基底上制備不同粒徑大小的Sn薄膜材料，在相同基底溫度和功率下，濺射時間10 min時，Sn顆粒較小，樣品的循環(huán)性能最優(yōu)。首次充電比容量為955.4 mAh/g，100次后循環(huán)，放電比容量為44

4、8.5 mAh/g，較真空蒸發(fā)制備的樣品性能有所提高。制備了一系列不同比例組成的Sn-Al薄膜，通過XRD及TEM表征薄膜物相結(jié)構(gòu)，SEM分析其微觀形貌，EDS測試分析Sn和Al的含量。當(dāng)摻Al量為17.0 wt％時，Sn-Al薄膜樣品的電化學(xué)性能最優(yōu)，100次循環(huán)后，仍有較高的放電比容量581.9 mAh/g；考察了不同電流密度下該樣品的性能，在1000 mA/g的電流密度下，100個充放電循環(huán)，放電比容量為425.8mAh/g，表現(xiàn)