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人工智能和信息技术的迅速发展对锂离子电池不断提出更高的要求,石墨类负极材料由于其比容量较低,无法满足高能量密度电池的要求。锡基和硅基材料因具有较高的比容量受到极大关注。然而,锡和硅电极高的嵌锂量导致其巨大体积变化,进而造成活性物质的粉化从而从集流体上剥落,同时还会形成不稳定SEI等。本论文以纳米锡和硅负极材料为研究对象,通过液相包覆和气相CVD等方法,将纳米锡、硅与碳、铜等材料相结合,设计并合成出了一系列具有特殊结构和优异性能的负极材料。并且我们使用XPS、SEM等表征方法对这些材料进行表征及分析,并对它们的结构及机理做了详细分析。具体来说,本论文主要分为以下四个部分:1.通过实用可行的气相法制备出了碳包覆锡纳米线负极材料,碳包覆锡纳米线负极材料具有优异的循环性能和倍率性能,其在0.2C的倍率下循环500次后仍有大于600 m A h/g的容量。分析表明,这种碳包覆的线状结构不仅能够有效缓解锡在脱嵌锂过程中巨大体积变化,同时还能与极片保持良好的电接触,保证了该材稳定的长循环性能。2.在上一个实验的基础上,结合球磨法和气相法,我们制备出碳纳米管包覆锡纳米线嵌硅复合负极材料,该复合材料与单一锡纳米负极材料相比具有更高的容量,0.2C的倍率下循环300次后仍有大于1500 m Ah/g的容量。这种碳包覆的线状结构同样能够有效缓解该复合合金材料脱嵌锂过程中巨大体积变化,同时,这种复合负极材料是硅先通过锡来传导锂离子,传导速度快,材料倍率性能明显提升,因此这种材料具有高容量,倍率性能好等优势。3.另外,通过简单的液相沉积和气相CVD包覆的方法制备出了碳和铜双层包覆硅纳米负极材料及碳和铜多层包覆锡纳米负极材料,碳和铜双层包覆硅纳米负极材料在0.2C的倍率下循环50次后仍有大于2400 m Ah/g的容量,碳和铜双层包覆锡纳米负极材料在0.2C的倍率下循环100次后仍有大于500 m Ah/g的容量。这种包覆结构在循环过程中能够在一定程度上缓解锡和硅在脱嵌锂过程中由于巨大体积变化导致的电极破裂,使其具有良好的电化学性能。4.还通过简单的气相还原法还制备出了石墨、石墨烯与纳米锡复合负极材料,石墨和锡复合负极材料能够提高石墨的容量及倍率性能,尤其是其倍率性能能够得到显著提升。石墨烯与纳米锡复合负极材料中,石墨烯可作为缓冲和导电物质,可减轻嵌锂过程体积膨胀同时保证脱锂后锡颗粒的电接触,因此能够提高锡的循环稳定性及倍率性能,在0.2C的倍率下循环500次后仍有大于500 m Ah/g的容量。