SnSb合金材料一体化电极的制备及其储锂性能的研究

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锂离子电池在如今的商业化电池中占据了非常重要的地位,现阶段的商用锂离子电池一般采用碳材料作为负极材料,但是碳材料的理论比容量低无法满足人们日益增长的需求。因此需要一种新型材料代替传统的碳材料来充当锂离子电池负极材料。在众多候选材料中SnSb合金负极材料因具有高比容量、高能量密度的优势而被广泛研究,但是传统制备SnSb合金材料的方法普遍复杂,并且副反应众多,成本高昂难以实现工业化。因此本文采用简单高效的电沉积方法制备SnSb合金一体化电极材料,并以此为基础进行了多步优化,其主要研究内容如下:(1)采用电沉积方法制备了SnSb合金一体化负极材料,其中电沉积的方法简单高效,并且没有副反应。具体而言是将SnSb合金材料直接电沉积在Cu箔上,再通过调控不同的沉积层数和镀液比例制备了SnSb-F-1.5:1一体化电极,这种材料缓解了电池在循环过程中的体积膨胀并且当以这种电极材料制备成电池时,在0.5 C的电流密度下,首圈放电容量为665.8 m Ah·g-1,循环100圈后的比容量为443.3 m Ah·g-1,容量保持率为66.9%。由于电沉积四层金属,可以使金属层在退火的过程中更好的互相扩散,使材料更充分的形成合金,而且Sn:Sb=1.5:1的比例可以使材料呈现疏松的结构,增强了材料缓解内部膨胀的能力。最终提升了电池的电化学性能。(2)在电沉积SnSb合金一体化电极材料的基础上研究了Zn O薄膜对SnSb一体化电极的钝化作用,将制备好的SnSb合金作为衬底材料再采用磁控溅射的方法在SnSb合金表面溅射一层Zn O薄膜,随后对材料进行退火处理。Zn O退火后可以在SnSb合金衬底材料表面均匀成膜。这种复合材料保护了SnSb合金一体化电极,抑制了SEI膜的生成。将SnSb Zn O复合材料应用于电池负极中,测试结果表明SnSb Zn O电极材料预锂化结束后的首圈容量为473.4 m Ah·g-1,循环200圈后容量为326 m Ah·g-1,容量保持率为74.53%。这是由于Zn O薄膜可以钝化SnSb合金材料同时抑制SEI膜的生成,还可以保持材料表面具有高浓度的嵌锂位点,提升了电池的循环性能。(3)讨论了不同基底对于SnSb一体化电极电化学性能的影响,采用电沉积方法将SnSb合金材料沉积在不同基底上,随后退火处理,并将得到的材料直接制备成电池,这种复合电极增加了活性物质与集流体之间的结合力。经测试发现Cu F-SnSb电池的初始放电比容量为801.4 m Ah·g-1,循环200圈之后的容量保持率为47.7%。这种优良的性能归因于Cu F的3D结构为SnSb合金材料在电沉积的过程中提供了更多的沉积位点,使SnSb沉积更均匀,还使材料与集流体结合更牢固。
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