论文部分内容阅读
锡基负极材料理论容量高达990 mAh·g-1,元素锡储存量极其丰富,价格低廉,绿色环保,是非常具有商业化前景的负极材料之一。然而,在充放电过程中金属锡会发生的严重体积膨胀而引起巨大的体积变化,导致电极材料发生崩裂并脱落,使得电池的比容量和循环稳定性降低。针对这一问题,本课题做出相关研究并得到如下结果:（1）本文采用直流电沉积方法分别控制电流密度和电沉积时间制备锡负极薄膜材料。首先在不同电流密度下制备四组纯锡负极材料,并通过X射线衍射、扫描电镜分析其成分组成、结构,并结合恒流充放电曲线分析其电化学性能以确定最佳电流密度。然后在此最佳电流密度下,通过控制电沉积时间制备四组纯锡负极材料,采用X射线衍射分析、扫描电镜分析其成分组成、结构,结合恒流充放电法、循环伏安法和交流阻抗方法研究了锡电极的电化学性能,最终筛选出最佳的电流密度和电沉积时间。实验结果表明:当电流密度为40 mA/cm2,时间为20 min时,制备的纯锡电极沉积层晶粒具有规则的菱形结构,薄膜晶粒紧密的结合在一起,致密度良好,晶粒尺寸比较接近,晶粒尺寸约为1-2μm,晶粒大小均一性良好,并表现出良好的电化学性能,首次放电比容量为765.6 mAh·g-1,充电比容量为322.5 mAh·g-1,首次不可逆容量为443.1 mAh·g-1,库伦效率为42.1%,在前41个循环内电极的比容量保持相对稳定,41个循环后电极的比容量逐渐衰减。（2）本文通过在不同溶液中电沉积制备了四组不同成分的Sn-Fe合金薄膜电极,研究了合金电极中惰性元素Fe的相对含量对Sn-Fe合金电极电化学性能的影响。结果表明:随着合金电极中Fe相对含量的增加,合金电极的首次库伦效率逐渐提高,循环稳定性得到改善,电极的导电性得到提高。其中,当合金电极中Fe相对含量为21.41%时,其具有良好的电化学性能,在电流密度为100 mAh·g-1时,首次放电比容量为475.6mAh·g-1,充电比容量为322.1 mAh·g-1,首次不可逆容量为153.5mAh·g-1,库伦效率为67.7%,100个循环后放电比容量仍保持在173.2 mAh·g-1。合金电极中Fe相对含量越多,循环稳定性越好,这是因为惰性元素Fe的加入使得活性物质具有良好的分散性,抑制了活性物质在脱嵌锂过程中的体积膨胀,同时减少了活性物质的粉化和脱落,使得电极材料在循环中形成孔结构。在惰性组元和循环中形成的孔结构协同作用下,活性物质反应时产生的体积膨胀得到良好的缓冲作用,使得大部分电极材料结构仍然保持良好并相互连接形成三维立体骨架,电极循环性能和导电性得到很大改善。