三維多孔錫基合金、四氧化三鈷負(fù)極的電化學(xué)制備及儲鋰性能.pdf

1、錫基合金和過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料具有高比容量,為商業(yè)化石墨碳的2倍以上,因此得到廣泛關(guān)注和研究。錫基合金在脫/嵌鋰過程中表現(xiàn)出~300％的體積變化,造成材料粉化脫落,最終導(dǎo)致其循環(huán)性能差;過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極在充放電過程中同樣存在巨大的體積膨脹,且電子電導(dǎo)率低,導(dǎo)致其循環(huán)性能和高倍率容量較低。為了減小充放電過程中體積變化產(chǎn)生的巨大應(yīng)力和提高倍率充放電性能,本文引入三維多孔結(jié)構(gòu)改善錫基合金和四氧化三鈷材料的循環(huán)性

2、能和高倍率性能,并通過摻入 CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)提升錫基合金電極的循環(huán)性能和高倍率容量。主要研究內(nèi)容如下:
　　采用化學(xué)鍍法在光滑銅片上制備三維多孔銅,研究了化學(xué)鍍反應(yīng)時間與孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系。反應(yīng)時間分別為15min、30min和1h,制備出不同的多孔結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,反應(yīng)時間為1h制備出的多孔結(jié)構(gòu)孔壁最厚、孔徑最大,15min的孔壁最薄、孔徑最小。
　　以化學(xué)鍍多孔銅為基底,采用電沉積法制備多孔Sn-Co合金和多孔Sn-Co-CNT復(fù)

3、合材料。電化學(xué)測試表明:多孔Sn-Co合金的循環(huán)性能優(yōu)于致密的Sn-Co合金,而與多孔Sn-Co合金相比,多孔Sn-Co-CNT復(fù)合材料則表象更優(yōu)異的倍率性能。在100 mA/g的電流密度下,多孔Sn-Co材料和多孔Sn-Co-CNT復(fù)合材料的首次可逆比容量(脫鋰容量)分別為437.5和490 mAh/g;當(dāng)電流密度增加到3200 mA/g時,多孔Sn-Co-CNT的充電比容量為319 mAh/g,容量保持率為65%,而多孔Sn-Co合

4、金的充電比容量急劇衰減到171 mAh/g,容量保持率僅為39%。且多孔Sn-Co-CNT復(fù)合材料經(jīng)過60次倍率循環(huán)后,可逆容量保持率為90%。另外,采用相同的工藝制備出多孔Sn-Cu合金和多孔Sn-Cu-CNT復(fù)合材料,得到類似的結(jié)果。其中,多孔Sn-Cu-CNT復(fù)合材料經(jīng)過50周循環(huán)后,容量保持率為77.1%,當(dāng)電流密度為1600 mA/g時,充電比容量為257.5 mAh/g,容量保持率為45.4%,優(yōu)于致密的Sn-Cu電極和多孔

5、Sn-Cu電極。
　　以化學(xué)鍍多孔銅為基底,采用電沉積后退火的方法制備出多孔Co3O4材料。由于多孔結(jié)構(gòu)不僅可提供快速電子和離子通道,而且可緩解充放電過程中的體積膨脹,多孔Co3O4電極的循環(huán)性能和倍率性能明顯優(yōu)于以銅箔為基底的Co3O4材料。結(jié)果顯示,多孔Co3O4材料經(jīng)過500次循環(huán)后,容量保持在800 mAh/g以上;而銅箔上Co3O4材料經(jīng)過200次循環(huán)后,容量已有大幅度衰減。當(dāng)電流密度為20 A/g時,多孔Co3O4材料