鋰離子二次電池錫基負極材料的制備及電化學性能的研究.pdf

1、近年來，鋰離子電池由于工作電壓高，比能量大、循環(huán)壽命長、安全無公害等優(yōu)點，發(fā)展迅速，已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機、電動汽車以及航空航天等領域，成為21世紀重要的能源之一。目前，商品化的鋰離子電池負極材料是碳材料，但受其低理論比容量(質量比容量為372mAh·g-1，體積比容量為818 mAh·mL-1)的限制，已不能滿足人們對二次電源高能量密度的需求。與碳材料相比，錫基合金以及錫基復合材料因具有較高理論容量、嵌鋰電

2、位以及良好的安全性能，引起人們的重視。
　　本文采用機械合金化(MA)法制備了Sn-Ag合金粉體作為鋰離子電池負極材料。研究了球磨過程中Sn-Ag合金粉體的相組成及結構變化，Sn-Ag合金粉體負極材料的充放電性能以及充放電循環(huán)后的電池負極結構的變化。同時，針對Sn-Ag合金負極循環(huán)性能較低、充放電循環(huán)體積效應大的問題，本文通過在該合金體系中引入碳材料，改善鋰離子電池負極的充放電循環(huán)性能及結構的穩(wěn)定性，研究了直接加入石墨粉及有機物裂

3、解兩種不同的碳材料添加方式對電池負極材料結構及充放電循環(huán)性能的影響。
　　MA合成的Ag52Sn48合金粉體主要由Ag3Sn及Sn兩相構成，其中Sn相隨著球磨時間的增加逐步轉變?yōu)榉蔷B(tài)。隨著球磨的進行，合金粉體的顆粒尺寸逐漸降低，球磨65 h粉體的平均粒徑為6μm。電化學測試顯示，MA65 h的A952Sn48合金負極首次嵌鋰容量達800 mAh·g-1，脫鋰容量為242 mAh·g-1，且該粉體10次充放電循環(huán)后，嵌鋰量維持在2

4、00 mAh·g-1左右，表現出良好的電池性能。
　　將Ag52Sn48合金粉體與石墨高能球磨混合制備Sn-Ag/Gr復合粉體。在復合粉體中，Ag-Sn合金顆粒分布在石墨基面及周邊，形成石墨外包覆合金的結構。該復合粉體負極電池的電化學性能明顯優(yōu)于單純合金電極：首次嵌鋰容量高達1064 mAh·g-1，脫鋰容量也達到260 mAh·g-1，10個循環(huán)后嵌鋰容量維持在250mAh·g-1左右。石墨核心顯著減小了復合材料負極在充放電過程

5、的體積變化，提高負極的結構穩(wěn)定性，因而，大幅度地改善了電極材料的電化學性能。
　　此外，采用將環(huán)氧樹脂與Ag52Sn48合金混合再進行高溫熱解法的方法制備了Sn-Ag/Gr復合材料。Ag-Sn合金粉體經環(huán)氧樹脂包覆，再經高溫熱解，在其顆粒表面包覆了一層碳，顆粒多呈規(guī)則的圓形，大小不均勻。對該復合材料負極進行電化學性能測試顯示，該法制備的負極材料容量與循環(huán)性能不佳，但展現出了優(yōu)于其他兩種材料的容量保持率，這歸功于該方法制得的碳包覆合