随着电动汽车的快速发展,对锂离子电池的需求也越来越高,传统的钴酸锂/石墨体系电池已经远远不能满足电动汽车高续航里程的需求。开发高容量的电极材料显得尤为重要。在众多可替代的负极材料中,锡基负极得益于高容量、低电压、来源丰富等优点而被广泛研究。但锡基负极和其他合金类负极同样也存在着一些缺点,在循环的过程中伴随着巨大的体积膨胀(260%),会造成电极材料的粉化,进而从集流体脱落,导致容量衰减很快。针对体积变化的问题,研究者提出了许多对应的策略,包括了将锡材料做成各种纳米结构,与碳基质或者其他非活性材料复合,或者与过渡金属复合制成合金材料。这些方法在一定程度上提高了锡基负极的电化学性能,但同时也带来了其他问题,纳米化提高了材料的比表面积,导致生成了更多的SEI膜,造成了大量的不可逆的锂消耗,大大降低了锡基材料的首次库伦效率,材料颗粒越小,对首效影响的越大。通过增加正极材料的负载量虽然可以弥补负极SEI生长所消耗的锂源,但是使用过量的正极材料会降低全电池的能量密度。如果在负极材料做成电极前就预先富含锂,也就是将材料进行预锂化,就可以弥补生长SEI膜的不可逆的锂损失。当前报道过的预锂化的方法有三种:电化学预锂化法、锂金属颗粒掺杂法和加热熔融法。其中电化学预锂化法制备过程较复杂,需要预先涂覆电极与锂箔直接进行电化学嵌锂;而锂金属颗粒掺杂法对实验室阶段也不现实,因为锂金属颗粒制备条件很严格,实验室无法合成。我们选用了简单可靠的加热熔融法。在进行预锂化之后,锡基材料转化为了锂锡合金材料,这种锡锂合金反应活性很高,很容易与空气中的水分和空气所腐蚀,我们采取的策略是先包覆后热锂化的办法,先对锡基材料进行包覆处理,然后进行热锂化反应。这就对选用的包覆层提出了一定的要求,包覆层不仅要能够在200℃C高温下保持稳定,而且要能够缓冲锂锡合金在充放电过程中的体积变化。在本文中,我们选取了有机的导电聚合物聚吡咯和无机氧化锰包覆层。1.我们在锡纳米颗粒表面包覆了一层导电聚吡咯,而且首次研究了聚吡咯对锡纳米颗粒热锂化过程中的影响。通过调控吡咯单体的量,我们控制了聚吡咯包覆层的厚度分别为8纳米、20纳米和40纳米,然后我们研究了不同厚度聚吡咯对锂锡合金电化学性能的影响,最终发现20纳米厚聚吡咯在热锂化过程中能够稳定存在,而且能够保护锂锡合金不易被腐蚀,表现出了很好的干燥空气稳定性。此外,聚吡咯良好的弹性和导电性使得包覆层能够很好的适应锂锡合金的体积变化,保证了颗粒与颗粒之间良好的导电性。结果,20纳米厚聚吡咯包覆的锂锡合金材料在干燥空气中放置5天仍然能够保持75%的容量;在电池测试中,以0.1 C的倍率下循环300圈仍具有534 mAh/g的比容量,容量保持率为86.1%。半电池中优异的电化学性能使得该负极材料成功与磷酸铁锂正极配对成全电池,得到了稳定的全电池循环。2.氧化锡负极以高容量而成为了有望替代石墨负极的候选者之一,但是氧化锡负极低的首次库伦效率和循环过程中较大的体积膨胀阻碍了氧化锡负极的实际应用。在本文中,我们首次利用聚丙烯酸PAA的羧基对高锰酸钾的催化还原作用,在氧化锡颗粒表面生长了一层片状的氧化锰,然后将其进行热锂化,转化为了锰氧化合物包覆的锂锡合金。锂锡合金预先嵌满锂,体积最大化,对复合物包覆层没有其他的应力产生,该复合材料表现出了优异的电化学稳定性。在0.1 C倍率下循环500圈依然能够保持80%的初始容量。复合物包覆层减少了活性材料表面的副反应、稳定SEI膜的生长,降低了电极的极化现象,加快了电极的反应动力系。