锂电池硅锡合金负极的电沉积制备

发布时间：2021-02-16 21:12

　　采用恒电位共沉积方法从有机溶剂中制备不同Sn含量的Si-Sn合金负极,在100 mA/cm2的电流下进行100次充放电循环后,仍具有0.151 mAh/cm2的高面积比容量,比Si负极提升了73%。X射线衍射结果表明Si-Sn合金中Sn为β-Sn,Sn颗粒的嵌入不仅使Si-Sn合金负极比电沉积Si负极具有更好的导电性,提升了单位面积Si、Sn的沉积量;而且缓解了非晶Si的体积效应,从而提高了循环性能。不同Sn含量的容量曲线表明5%Sn含量的Si-Sn合金比容量最高,在500次循环后仍能保持859 mAh/g。 

【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

Si-Sn合金负极的XRD结果

Si-Sn合金负极的EDS面扫元素分布图

图3(a)～(d）为500倍下不同含量Si-Sn合金的SEM图，表明500倍下Si-Sn合金镀层呈裂开的小块状。但随着Sn含量的增加，块状Si-Sn合金呈现出更密集的状态，共沉积的Si-Sn小块间的裂纹逐渐减少。而且可以看到随着Sn含量提升，块状沉积物的表面白色锡须状物质越发明显，说明共沉积的Sn元素在共沉积的Si-Sn合金中存在形式可能是Sn颗粒。图4(a)～(d）是40000倍下的SEM图，共沉积Sn之后，原本多孔球状的负极表面会富集颗粒化的物质，结合XRD结果分析应该是Sn颗粒，而且随着Sn含量的增加，颗粒化越明显，原本只在沉积的多孔状结构表面复合的白色颗粒，逐渐变为整块镀层表面都富集着白色的锡颗粒，与500倍下观察到的表面变化基本一致。图5展示了进行了充放电循环后的Si-Sn合金的SEM图像。图5(a）为低倍下图像，与图3对比发现，Si在充放电后的体积膨胀较为明显，而且部分区域的沉积块边缘部分有粉裂的现象，说明在SiSn合金中Si仍然作为主要的活性材料，在锂电池Si-Sn合金负极中主要的脱嵌锂过程发生在非晶Si中。图5(b）为Si-Sn合金嵌锂后的高倍SEM图，与图4相比，Si-Sn合金嵌锂后的表面Sn颗粒并未有明显变化，可见密集的Sn颗粒在脱嵌锂过程中并没有明显的体积效应或者结构粉裂的现象，可以推断Sn颗粒在Si-Sn合金负极材料的循环过程中能保持较好的嵌锂能力的同时，又能保持稳定的结构，缓解了Si在充放电过程中的体积膨胀。


本文编号：3036938