电镀-阳极氧化法制备Sn/SnO负极材料及其电化学性能研究

摘要

具有安全性能好、能量密度高、循环寿命长、功率密度高等优点而且不含有Pb、Cd、Hg等污染物的锂离子电池，是较为理想的储能器件。工业化生产的锂离子电池负极材料是碳类负极材料，其理论嵌锂比容量为372 mAhg-1，而实际应用的碳类负极材料的嵌锂比容量已经非常接近理论值，进一步提高碳类负极材料比容量的可行性不高。锡氧化物是一种非常有可能替代锂离子电池 C负极材料的候选者，具备较高的理论比容量(990 mAhg-1)，越来越成为科研工作者们关注的焦点。但是锡氧化物作为高比容量的负极材料，其在 Li+嵌入和脱出过程中体积变化率很大，很容易造成材料粉化破坏，导致电极充放电循环性能不佳。
　　针对以上问题，本论文选取锂离子电池锡氧化物负极材料为研究对象，从控制材料形貌、结构及成分等方面出发，采用促使材料介孔化以及与碳类材料进行复合等改进方法，选用电沉积、阳极氧化法制备出具有新颖结构的负极材料。本论文采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、BET、X-射线衍射(XRD)等方法多方位测试并分析了材料的微观结构和化学成分等。采用电化学阻抗测试、恒流充放电测试及循环伏安法(CV)等测试了其电化学性能，对其作为锂离子电池负极材料的综合性能进行了分析。本学位论文取得的创新性成果有：
　　(1)以铜箔为基底采用电沉积和阳极氧化的方法制备了锡氧化物薄膜负极材料。研究发现，在阳极氧化过程中采用不同的电解液，得到的氧化薄膜的形貌是不同的。较理想的是采用0.1M的草酸溶液在8V恒压状态下得到的多孔非晶态氧化亚锡薄膜。该薄膜负极材料表现出了很高的初始比容量，达到905.4mAhg-1,在经过50个充放电循环后其嵌锂比容量大概保持在513 mAhg-1。
　　(2)采用与碳纳米管(CNTs)复合的方法对(1)中的进行材料改性,得到更为理想的氧化锡薄膜负极材料。仍然以铜箔为基底，采用复合电沉积和阳极氧化法，制备出多孔非晶态氧化亚锡/CNTs(ANSO/CNTs)复合负极材料。CNTs的加入，使材料的性能得到较大改善，初始比容量达到1895 mAhg-1，在经过50个充放电循环后其嵌锂比容量仍然保持有926 mAhg-1。
　　(3)以泡沫镍替代铜箔作为基底，在0.5A/dm2恒电流下电沉积金属锡得到前驱体，仍然采用0.1M的草酸溶液在8V恒电压下对前驱体进行阳极氧化，所制备的氧化亚锡颗粒均匀分布在泡沫镍基底上。该电极材料初始容量达到837 mAhg-1，经过39个充放电循环后其嵌锂比容量仍然保持有306.5 mAhg-1。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池简介

1.3 锂离子电池负极材料

1.4 锡氧化物负极材料研究进展

1.5 本论文的研究内容及意义

第2章 实验内容与测试方法

2.1 引言

2.2 实验原料与试剂

2.3 实验仪器与设备

2.4 样品的形貌及结构测试

2.5 组装实验用电池

2.6 实验电池的电化学性能测试

2.7 本章小结

第3章 电镀-阳极氧化法制备氧化亚锡薄膜及其电化学性能

3.1 引言

3.2以硼酸溶液为氧化电解液制备二氧化锡薄膜

3.3 非晶态多孔氧化亚锡ANSO薄膜负极材料

3.4 本章小结

第4章 ANSO/碳纳米管负极材料的制备及其电化学性能

4.1 引言

4.2 材料制备

4.3表面形貌及微观结构

4.4 电化学性能测试

4.5 本章小结

第5章 泡沫镍基底氧化亚锡负极材料制备及其电化学性能

5.1 引言

5.2 材料制备

5.3表面形貌及微观结构

5.4 电化学性能测试

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历及攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果