本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池負(fù)極材料錫銻鎳合金的制備與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著可移動電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，電動汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，對提供能源的可移動電源提出了新的要求，這些產(chǎn)品中的電源系統(tǒng)必須具備高容量、長壽命的特點。目前市場上的鋰離子電池負(fù)極材料大多數(shù)是碳負(fù)極材料，但是碳材料的理論比容量比較低，因此必須制備具有高比容量、良好穩(wěn)定性的負(fù)極材料。 錫銻合金因為Sn和Sb兩種元素都能和Li發(fā)生合金化反應(yīng)（Li_(22)Sn_5:994mAh/g,Li_3Sb:660mAh/g），有很高的理論容量,是一種有前景的錫基合金負(fù)極材料,然而錫銻合金在實際應(yīng)用中還存在很多問題，這兩種金屬在鋰離子嵌入后，體積膨脹明顯，膨脹率達(dá)三倍以上，使材料表面逐漸斷裂，電極材料的各部分電接觸變壞，材料的容量隨著循環(huán)進(jìn)行一直衰減。為此人們提出利用活性/活性或活性/非活性結(jié)構(gòu)，兩種活性組分的嵌鋰電位不同，或者非活性組分不參與嵌鋰反應(yīng)，對彼此的膨脹起到緩解或者抑制作用。本論文制備了Sn-Sb二元合金薄膜材料，Sn-Sb-Ni三元合金薄膜材料，并通過熱處理引入氧元素，利用氧元素與鋰在首次循環(huán)時生成的氧化鋰，作為材料的骨架進(jìn)一步改善材料的循環(huán)性能。通過XRD、EDS、SEM等材料分析測試方法，對材料在熱處理前、熱處理后以及循環(huán)一定次數(shù)后的物相組成、結(jié)構(gòu)、形貌進(jìn)行分析和表征。 本實驗采用恒電流電沉積的方法制得的錫-銻合金薄膜材料，不同的電流密度制備的錫銻合金薄膜中兩種元素的原子百分比很有很大的差異，使材料表現(xiàn)出不同循環(huán)性能，錫銻合金電極具有很高的初始可逆容量，但是在反復(fù)循環(huán)過程中伴隨很大的體積膨脹效應(yīng)，循環(huán)十次左右，材料的容量衰減速率很大，比容量快速下降。為了改善錫銻合金材料的循環(huán)性能，對錫銻合金進(jìn)行熱處理，利用熱處理的方法消除材料內(nèi)應(yīng)力，同時適當(dāng)?shù)囊胙踉兀诔浞烹娺^程中能過形成氧化鋰，它可以作為材料的骨架起到支撐作用，從而使材料的循環(huán)性能更好。采用-5mA/cm~2的電流密度沉積出的錫銻合金，錫和銻兩種元素的原子百分比約為9:11，經(jīng)過400℃熱處理兩個小時后，材料表現(xiàn)的循環(huán)穩(wěn)定性最好，首次循環(huán)可逆容量為597mAh/g左右，循環(huán)60次后容量約為350mAh/g。 為了進(jìn)一步改善錫銻合金的循環(huán)性能，本文在研究錫銻二元合金的基礎(chǔ)上，制備了錫銻鎳三元合金，三元合金具有活性/活性/非活性的結(jié)構(gòu)，鎳元素作為惰性元素，不發(fā)生脫嵌鋰的反應(yīng)，探討它是否能夠進(jìn)一步緩解體積膨脹。通過控制溶液pH、溫度、電流密度來獲得具有不同原子配比的合金薄膜材料，研究三元合金的電化學(xué)性能和電極反應(yīng)機(jī)理。對電沉積制備的三元合金在400℃下進(jìn)行熱處理，同樣引入部分氧元素，在循環(huán)過程中生成氧化鋰，起到骨架支撐作用。研究表明，，當(dāng)材料中錫、銻、鎳、三種元素原子比約為4:5:2時，材料的循環(huán)性能最好，首次放電容量為609mAh/g，循環(huán)80次以后可逆容量約為456mAh/g，循環(huán)性能顯示了較好的電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 電沉積 錫銻二元合金 錫銻鎳三元合金
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM912;TG146.14
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 前言15
• 1.2 鋰離子電池概述15-16
• 1.3 鋰離子電池的工作原理16-17
• 1.4 鋰離子電池負(fù)極材料17-26
• 1.4.1 碳負(fù)極材料18-19
• 1.4.2 金屬及金屬合金材料19-23
• 1.4.3 金屬氧化物負(fù)極材料23-24
• 1.4.4 硅負(fù)極材料24-26
• 1.5 前人的研究成果總結(jié)26-27
• 1.6 本課題的選題依據(jù)及研究內(nèi)容27-29
• 第二章 實驗方法29-34
• 2.1 實驗藥品及儀器30-31
• 2.1.1 化學(xué)試劑和原材料30
• 2.1.2 主要儀器和設(shè)備30-31
• 2.2 材料的合成與制備31-32
• 2.2.1 電化學(xué)共沉積 Sn-Sb 合金及熱處理31
• 2.2.2 電化學(xué)共沉積 Sn-Sb-Ni 合金及熱處理31-32
• 2.3 材料的結(jié)構(gòu)表征32
• 2.3.1 X 射線衍射測試32
• 2.3.2 描電子顯微鏡 SEM 形貌分析32
• 2.3.3 能譜 EDS 分析32
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測試與分析32-34
• 2.4.1 組裝模擬電池32-33
• 2.4.2 恒電流充放電測試33
• 2.4.3 循環(huán)伏安測試33
• 2.4.4 交流阻抗測試33-34
• 第三章 電沉積制備 Sn-Sb 合金及其性能研究34-52
• 3.1 電流密度對錫銻合金性能的影響35-39
• 3.1.1 合金成分分析35-36
• 3.1.2 合金的物相分析36-37
• 3.1.3 合金表面形貌37-38
• 3.1.4 循環(huán)性能38-39
• 3.2 熱處理溫度對錫銻合金性能的影響39-44
• 3.2.1 合金的物相分析39-40
• 3.2.2 合金成分分析40-42
• 3.2.3 合金表面形貌42-43
• 3.2.4 循環(huán)性能43-44
• 3.3 熱處理方式對錫銻合金性能的影響44-45
• 3.3.1 循環(huán)性能44-45
• 3.4 錫銻合金的電化學(xué)性能分析45-51
• 3.4.1 錫銻合金的充放電曲線45-47
• 3.4.2 錫銻合金的循環(huán)伏安測試47-48
• 3.4.3 錫銻合金的交流阻抗測試48-49
• 3.4.4 材料的失效分析49-51
• 3.5 結(jié)論51-52
• 第四章 電沉積制備 Sn-Sb-Ni 合金及其性能研究52-68
• 4.1 材料中元素含量的影響因素研究53-56
• 4.1.1 氯化鎳的濃度對合金成分的影響53-54
• 4.1.2 溶液 pH 對合金成分的影響54
• 4.1.3 電流密度對合金成分的影響54-55
• 4.1.4 溫度對合金成分的影響55-56
• 4.2 材料結(jié)構(gòu)表征56-61
• 4.2.1 錫銻鎳合金 EDS 分析56-57
• 4.2.2 錫銻鎳合金的形貌分析57-58
• 4.2.3 錫銻鎳合金的物相分析58-59
• 4.2.4 熱處理后的錫銻鎳合金的形貌分析59-60
• 4.2.5 熱處理后錫銻鎳合金的物相分析60-61
• 4.3 錫銻鎳合金的電化學(xué)性能分析61-66
• 4.3.1 材料的循環(huán)性能測試61-62
• 4.3.2 錫銻鎳合金的充放電曲線62-63
• 4.3.3 錫銻鎳合金的循環(huán)伏安測試63-64
• 4.3.4 錫銻鎳合金的交流阻抗測試64-65
• 4.3.5 材料的失效分析65-66
• 4.4 SnSb 合金與 SnSbNi 合金材料的循環(huán)性能對比66-67
• 4.5 結(jié)論67-68
• 第五章 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 致謝73-74
• 研究成果及發(fā)表的論文74-75
• 作者和導(dǎo)師簡介75-76
• 附件76-77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：341855