离子液体中锂离子电池锡基合金负极材料的电化学制备及其储锂性能研究

摘要

锡基负极材料有高理论比容量（994 mAh g-1）和安全性能好等优点，在锂电科研领域备受青睐。锡基负极材料的商业化应用，需要解决循环稳定性差这一难题。锡在嵌锂的时候会发生较大的体积膨胀，随着循环次数的增加，活性材料锡在嵌锂时形成 Li4.4Sn的量增多，体积膨胀也越严重，使电极材料的活性成分发生粉化和脱落，可逆比容量便会大幅度下降。本文以 Reline离子液体为溶剂，运用操作时间短、环保的电化学沉积法，在铜箔上电沉积制备Sn基合金负极材料。运用SEM、EDS和XRD表征和分析合金材料的表面形貌、物相及组成，同时运用CV和恒流充放电测试电化学性能。对比探索了溶液中溶质的配比、溶液中不同类型的溶质、电沉积时间和电流密度对Sn基合金材料的电化学性能方面的影响，期望锡基材料的电化学性能得到改善，为此，在以下三个方面开展了研究工作。
　　1. Reline离子液体中电化学沉积Sn-Co合金负极材料
　　探讨了溶液中溶质的配比、溶液中不同的溶质、电沉积时间和电流密度对Sn基合金材料的电化学性能方面的影响。结果表明，溶液中溶质的配比为Sn2+:Co2+=1:1，电沉积时间和电流密度分别设为20 min和2 mA cm-2以及溶液中的溶质都为硫酸盐化合物的条件下，制得的Sn-Co合金负极材料表面存在许多纳米级孔洞，表现出最好的电化学性能。0.2 C下首次放电比容量为874mAh g-1，首次充电比容量为716mAh g-1，60次循环后的充放电比容量分别为892mAh g-1和912mAh g-1，除首次外的60次循环库仑效率都在97％以上，首次库仑效率为81.9%。
　　2. Reline离子液体中电化学沉积Sn-Ni合金负极材料
　　探讨了溶液中溶质的配比以及溶液中不同的溶质对Sn基合金薄膜电极电化学性能的影响。结果表明，溶液中溶质的配比为Sn2+:Ni2+=2:1以及溶液中的溶质都为硫酸盐化合物的条件下，制得的Sn-Ni合金负极材料表面形貌较分散且存在气孔，表现出最好的电化学性能。0.5 C下首次放电比容量为580 mAh g-1，160次循环后放电比容量为451 mAh g-1，除首次外的160次循环库仑效率在97%以上。
　　3. Reline离子液体中电化学沉积Sn-Co-Zn合金负极材料
　　探讨了沉积电流密度和溶液中溶质的配比对Sn基合金材料的电化学性能方面的影响。结果表明，电沉积电流密度设置为20mA cm-2，溶液中溶质的配比为Sn2+:Co2+:Zn2+=2:1:2下电沉积的Sn-Co-Zn合金负极材料，有很特别的表面形貌，表面颗粒为“杨桃型类八面体”结构，0.5 C下首次放电比容量为666 mAh g-1，前58次循环后，达到最大的放电比容量为977 mAh g-1。首次库仑效率为77.5%，除首次外的80次循环库仑效率在97%以上，是电化学性能较好的材料。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 锂离子电池概述

1.2 离子液体概述

1.3 锂离子电池的锡基负极材料

1.4 本文的研究目的与工作内容

第2章 实验试剂、仪器及表征方法

2.1 实验所需药品及试剂

2.2 溶剂的合成

2.3 实验仪器与设备

2.4 材料表征、测试及仪器

第3章 离子液体中锡钴合金薄膜的制备与储锂性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 电沉积液溶质为氯化物下共沉积的Sn-Co合金

3.4 电沉积液溶质为硫酸盐化合物下共沉积的Sn-Co合金

3.5 本章小结

第4章 离子液体中锡镍合金薄膜的制备与储锂性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 电沉积液溶质为硫酸盐化合物下共沉积的Sn-Ni合金

4.4 电沉积液溶质为氯化物下共沉积的Sn-Ni合金

4.5 本章小结

第5章 离子液体中锡钴锌合金薄膜的制备与储锂性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 电沉积液溶质锡钴锌的配比为1:1:1下共沉积的Sn-Co-Zn合金

5.4 电沉积液溶质锡钴锌的配比为1:1:2下共沉积的Sn-Co-Zn合金

5.5 电沉积液溶质锡钴锌的配比为2:1:2下共沉积的Sn-Co-Zn合金

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表的学术论文