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锂离子电池是动力电池汽车的核心器件,是动力电池汽车功率和续航能力的保障,因此动力电池汽车的发展对锂离子电池提出了高容量,大倍率充放电以及倍率性能的要求。然而目前的传统石墨负极材料虽然其循环性能良好,但是比容量低,只有372 mAh/g,倍率性能不佳,难以适应动力电池汽车的要求。新型Sn基负极材料比容量高,有993 mAh/g,但其循环性能差。针对传统石墨负极材料和新型负极材料的特点,本文设计了Sn/Cu一体化集流体,Sn-CNTs/Cu一体化集流体以及多层结构(C/Sn-CNTs/Cu)负极,为了提升碳负极的容量,并预期能实现新型负极商业化应用,论文对以上三种材料的结构与性能进行了细致研究,得到如下研究成果:(1)采用甲基磺酸锡体系,在粗糙铜箔上用50 mA/cm2电流密度进行不同时间的电沉积,制备了不同时间的Sn/Cu一体化集流体,研究结果表明电沉积15 s的Sn/Cu一体化集流体组装的电池容量最佳。在0.1 C的倍率下,经100次循环后容量保持率为58.4%。对该材料进行热处理工艺研究,结果表明其在热处理条件为80℃、12 h,组装出的电池的容量最佳。其在0.1 C的倍率下,100次循环后容量保持率为63.2%,比没有热处理材料的容量保持率提高了4.8个百分点。(2)在上述优化的工艺条件下,采用复合电沉积的方式在Sn层中引入CNTs,制备出Sn-CNTs/Cu一体化集流体,并将其组装为电池,研究结果表明其在0.1 C的倍率下,经过100次循环后容量保持率为74.6%,比相同条件下Sn/Cu一体化集流体的容量保持率63.2%提高了11.4个百分点。对该材料组装的电池进行大倍率充放电,结果表明其在10 C的大倍率下,经过30次循环后容量保持率为72.3%,表明其大倍率充放电性能良好。(3)在Sn-CNTs/Cu一体化集流体上涂布石墨,制备出多层结构(C/Sn-CNTs/Cu)负极,将其组装成电池,研究结果表明其在0.1 C的倍率下,经过100次循环后容量保持率还有90.3%。该多层结构负极材料在100次循环后的比容量为349.39 mAh/g,在传统石墨负极材料比容量(273.82 mAh/g)的基础上提高了27.8%。对其多层结构(C/Sn-CNTs/Cu)负极进行不同倍率的充放电测试,结果表明其经过不同倍率循环后容量保持率还有95%,说明其具有良好的倍率性能。综上所述,多层结构(C/Sn-CNTs/Cu)负极从结构上进行了创新,使得其同时兼具新型Sn负极材料的高比容量和传统石墨负极材料的高循环性能的优点。