磁控溅射制备锡薄膜锂离子电池负极材料及其电化学性能研究

摘要

锡基负极材料相比其它负极材料而言具有诸多优点,例如高容量(992 mAh g-1)、对电解液选择限制少等,引起了人们的广泛关注。
　　本文采用磁控溅射法合成了Sn金属薄膜,以此材料为锂离子电池负极,研究了其电化学性能。通过调节磁控溅射时间,制备了由不同粒径 Sn粒子组成的Sn薄膜材料。研究表明:磁控溅射时间为10分钟,薄膜表面Sn粒径为25-150 nm的Sn薄膜负极材料性能最佳,经过50次循环后,放电容量仍能保持在420 mAh g-1。
　　为进一步研究锡在充放电过程中的体积过程,对循环不同圈数后的电池进行拆解,采用扫描电子显微镜(SEM)技术揭示了Sn在充放电过程中经历膨胀、破裂和粉化的体积变化过程,使其导电性能下降,电池循环性能也显著降低。为改善导电性能,在循环30圈后的电极表面磁控溅射一层导电体(铜或碳),对电极进行改性。电池性能结果显示:引入导电体(铜或碳)后,电池的电化学性能得到较大提高,循环50次后,放电容量分别为520 mAhg-1(铜)、550 mAhg-1(碳)。
　　采用煅烧法制备了Sn-Cu合金。实验结果表明:制备得到的Sn-Cu合金为Cu3Sn相,其中煅烧条件为200℃,2小时的样品循环性能最佳,充放电50圈后容量仍能保持467 mAhg-1,高于原磁控溅射法制备的锡薄膜循环50圈之后的容量(420 mAhg-1)。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池简介

1.3 锂离子电池的研究进展

1.4 锡金属负极材料的研究现状

1.5 本论文的研究内容立题依据及意义

第二章 锡薄膜的制备及其电化学性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果和讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 Sn充放电曲线现象的研究及改进

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果和讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 Sn-Cu合金的制备及其电化学性能研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果和讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5.1 本论文的主要结论

5.2 下一步工作展望

硕士期间发表的论文

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