本文關(guān)鍵詞：過渡金屬-Sn合金的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬錫(Sn)因?yàn)榫哂懈叩睦碚摫热萘?993.6m Ah/g,對應(yīng)Li4.4Sn相的形成)被認(rèn)為是一種今后可選擇的高性能鋰離子電池負(fù)極材料。然而,由于其在充放電過程中形成較大的體積膨脹(360%)和機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致快速的容量衰減,Sn電極材料的實(shí)際應(yīng)用受到了極大的阻礙。為解決此難題,引入惰性基質(zhì)M建立M-Sn合金便是一種有效的方法。這里的M主要是過渡金屬,如Cu、Ni以及Co等。由于M對Li是不活潑的,在充放電過程中不與Li發(fā)生反應(yīng)。并且,由于惰性基質(zhì)M在充放電過程中的緩沖作用,使M-Sn合金具有較小的體積膨脹,從而使得材料的電化學(xué)性能得到提升。本工作主要針對解決鋰離子電池錫基負(fù)極材料的電化學(xué)循環(huán)性能而展開,尤其通過引入過渡金屬(Cu、Ni以及Co)摻雜的方法來解決該問題。通過結(jié)合高能機(jī)械球磨和溶劑熱等簡單制備方法,制備了三種過渡金屬(Cu、Ni以及Co)-Sn合金;并借助XRD、SEM、TEM等多種測試和表征手段,表征了其結(jié)構(gòu)、成分及形貌等;此外,借助電池性能測試儀、電化學(xué)工作站等設(shè)備,研究了它們作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)的電化學(xué)性能,主要得到如下研究成果:1、應(yīng)用高能機(jī)械球磨法制備了一系列非化學(xué)計(jì)量比的Cu-Sn合金。結(jié)果顯示這些合金具有兩相特征,并且,由于Cu摻雜量不同而其相組成不同。作為鋰離子電池的負(fù)極材料時(shí),當(dāng)Sn含量為70 at.%時(shí)具有較高的放電比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)20次循環(huán)后放電比容量為457 m Ah/g。通過對不同Cu摻雜量的Cu-Sn合金的鋰儲(chǔ)存性能的對比,得到了電化學(xué)性能最佳的Cu-Sn合金配方,為進(jìn)一步提升Cu-Sn合金鋰離子電池性能奠定了基礎(chǔ)。2、采用一步溶劑熱法制備了零維的Ni-Sn合金及Ni-Sn合金/石墨烯復(fù)合材料。在一步溶劑熱法合成中,通過改變原料的濃度,Ni-Sn合金的顆粒尺寸是可控的。此外,在所制備的Ni3Sn2/石墨烯復(fù)合材料中,Ni3Sn2合金的顆粒尺寸約為216 nm,形貌為規(guī)律的準(zhǔn)球形狀,合金顆粒一致地被包裹在石墨烯之中。還原氧化石墨烯的含量為11.1 wt.%。還原氧化石墨烯的加入能夠極大地改善Ni-Sn合金的電化學(xué)循環(huán)性能。在100 m A/g的電流密度下,200次循環(huán)后Ni3Sn2/石墨烯復(fù)合材料的放電比容量仍高達(dá)554 m Ah/g。此外,在800 m A/g的大電流密度下,該材料的放電比容量仍能達(dá)到422 m Ah/g。3、采用一步溶劑熱法制備了三維多角形的Co-Sn合金。其中組成為Co3Sn2的合金具有六邊形的Ni2In結(jié)構(gòu)以及三維的多角形形貌,其粒徑在100-200 nm。相比純Co樣品,Co3Sn2多角形合金展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上和形貌上的各向異性。這些特征使它具有很優(yōu)異的磁學(xué)性能,其飽和磁化強(qiáng)度為134.01 emu/g,矯頑力為131.5 Oe。此外,將Co3Sn2多角形合金用于鋰離子電池負(fù)極,經(jīng)200次循環(huán)后其放電比容量為240 m Ah/g,在1600 m A/g的大電流密度下的放電比容量為168 m Ah/g。
【關(guān)鍵詞】：銅錫合金 鎳錫合金 鈷錫合金 鋰離子電池 負(fù)極材料
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912;TG13
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池簡介11-14
• 1.2.1 發(fā)展歷史12
• 1.2.2 電池原理12-13
• 1.2.3 正極材料13-14
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展14-19
• 1.3.1 嵌入型材料14-15
• 1.3.2 轉(zhuǎn)換型材料15
• 1.3.3 合金類材料15-19
• 1.4 論文選題背景和研究內(nèi)容19-21
• 第2章 原料和設(shè)備、材料表征和電池測試方法21-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備21-23
• 2.1.1 原料及試劑21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-23
• 2.2 材料表征方法23-24
• 2.2.1 XRD分析23
• 2.2.2 TG-DSC分析23
• 2.2.3 SEM觀察及能譜分析23-24
• 2.2.4 TEM觀察及能譜分析24
• 2.2.5 磁性測試24
• 2.3 電池組裝及電化學(xué)性能測試24-27
• 2.3.1 負(fù)極片制備24
• 2.3.2 扣式電池組裝24-25
• 2.3.3 充放電性能測試25-26
• 2.3.4 交流阻抗測試26
• 2.3.5 循環(huán)伏安測試26-27
• 第3章 非化學(xué)計(jì)量比Cu-Sn合金的制備及性能研究27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 Cu_(10-x)Sn_x合金的制備28-30
• 3.3 Cu_(10-x)Sn_x合金的表征30-32
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)分析30-31
• 3.3.2 形貌分析31-32
• 3.4 Cu_(10-x)Sn_x合金的電化學(xué)性能32-36
• 3.4.1 電化學(xué)阻抗性能32
• 3.4.2 電化學(xué)循環(huán)性能32-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 Ni_3Sn_2合金及其石墨烯復(fù)合材料的制備及性能研究37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 球形Ni-Sn合金及Ni-Sn/石墨烯復(fù)合材料的制備37-38
• 4.3 球形Ni-Sn合金的表征38-41
• 4.3.1 形貌表征38-39
• 4.3.2 成分和結(jié)構(gòu)表征39-41
• 4.4 Ni_3Sn_2@rGO復(fù)合材料的表征41-45
• 4.4.1 rGO的表征41
• 4.4.2 Ni_3Sn_2@rGO的形貌表征41-42
• 4.4.3 Ni_3Sn_2@rGO的成分及結(jié)構(gòu)表征42-45
• 4.5 電化學(xué)性能表征45-50
• 4.5.1 嵌鋰行為表征45-47
• 4.5.2 循環(huán)性能表征47-49
• 4.5.3 電化學(xué)阻抗表征49-50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 第5章 多角型Co-Sn合金的制備及其性能研究51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 合金制備方法51
• 5.3 合金的表征51-57
• 5.3.1 Co-Sn合金的基本性能表征51-52
• 5.3.2 Co-Sn合金的形成機(jī)理52-55
• 5.3.3 Co與Co-Sn合金結(jié)構(gòu)和形貌的對比分析55-56
• 5.3.4 Co與Co-Sn合金磁學(xué)性能的對比分析56-57
• 5.4 Co_3Sn_2的電化學(xué)性能57-59
• 5.5 本章小結(jié)59-61
• 第6章 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 致謝69-71
• 攻讀學(xué)位期間研究成果71

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 任建國;何向明;姜長印;萬春榮;;鋰離子電池中納米Cu-Sn合金負(fù)極材料的制備與性能研究[J];金屬學(xué)報(bào);2006年07期

2 趙風(fēng)桐;鍍Ni──Sn合金活性陰極的開發(fā)及實(shí)際電解槽上的應(yīng)用[J];氯堿工業(yè);1995年11期

3 劉元帥;徐堅(jiān);;Ti-(Cu，Ni)-Sn合金形成金屬玻璃的成分優(yōu)化及其相關(guān)聯(lián)的共晶反應(yīng)[J];金屬學(xué)報(bào);2008年12期

4 ;[J];;年期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 田昕;過渡金屬-Sn合金的制備與性能研究[D];吉林大學(xué);2016年

  本文關(guān)鍵詞：過渡金屬-Sn合金的制備與性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：351535