锂离子二次电池锡基负极材料的制备及电化学性能的研究.pdf

锂离子二次电池锡基负极材料的制备及电化学性能的研究摘要近年来,锂离子电池由于工作电压高,比能量大、循环寿命长、安全无公害等优点,发展迅速,已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车以及航空航天等领域,成为21世纪重要的能源之一。目前,商品化的锂离子电池负极材料是碳材料,但受其低理论比容量(质量比容量为372 mAh·g一,体积比容量为81 8mAh·mL‘1)的限制,已不能满足人们对二次电源高能量密度的需求。与碳材料相比,锡基合金以及锡基复合材料因具有较高理论容量、嵌锂电位以及良好的安全性能,引起人们的重视。本文采用机械合金化(MA)。,。同时, 针对Sn—Ag合金负极循环性能较低、充放电循环体积效应大的问题,本文通过在该合金体系中引入碳材料,改善锂离子电池负极的充放电循环性能及结构的稳定性,研究了直接加入石墨粉及有机物裂解两种不同的碳材料添加方式对电池负极材料结构及充放电循环性能的影响。 MA合成的A952Sn48合金粉体主要由A93Sn及Sn两相构成,其中Sn相随着球磨时间的增加逐步转变为非晶态。随着球磨的进行,合金粉体的颗粒尺寸逐渐降低,球磨65 h粉体的平均粒径为6 p,m。电化学测试显示,MA 65h的 A952Sn48合金负极首次嵌锂容量达800 mAh·g~,脱锂容量为242 mAh·g~,且该粉体10次充放电循环后,嵌锂量维持在200 mAh·g。1左右,表现出良好的电池性能。将A952Sn48合金粉体与石墨高能球磨混合制备Sn-Ag/Gr复合粉体。在复合粉体中,,形成石墨外包覆合金的结构。该复合粉体负极电池的电化学性能明显优于单纯合金电极:首次嵌锂容量高达 1064mAh·g~,脱锂容量也达到260 mAh·g~,10个循环后嵌锂容量维持在250 mAh·go左右。石墨核心显著减小了复合材料负极在充放电过程的体积变化, 提高负极的结构稳定性,因而,大幅度地改善了电极材料的电化学性能。此外,。,再经高温热解,在其颗粒表面包覆了一层碳,颗粒多呈规则的圆形,大小不均匀。对该复合材料负极进行电化学性能测试显示,该法制备的负极材料容量与循环性能不佳,但展现出了优于其他两种材料的容量保持率,这归功于该方法制得的碳包覆合金复合材料表面有一层均匀的硬碳外壳,这一层外壳可以缓冲合金颗粒嵌脱锂过程中的体积膨胀,同时,在第一次循环时,固体电解质界面膜(SEI)膜成膜反应主要发生在硬碳表面,硬碳表面的SEI膜比较稳定。关键词:锂离子电池;负极材料;;复合材料;电化学性能 Preparation and Electrochemical Properties ofSn--based anode materials forLi--ionbattery Abstract Presently, batterieshave been widely used aspower supplies for portable devices,electric vehicles and etc,because of various advantages ofhigh work voltage,large energy density,long cycle lifeand environmental safety,and SO anode material,can not satisfy thedemand of alarge capacity due to itslow theoretical specific capacity(3 72mAh·g。1 or 8 8 mAh·mL‘pared with the carbon material,Sn metal and itsalloys own larger theoretical capacities,higher insertionvoltages andhigher safety,SO,attract more and more research foused on this area. In this paper,the A952Sn48 alloy powders were prepared as a new anode material ofthe L