具有核壳结构的锂离子电池用Sn/C复合负极材料研究

发布时间：2021-08-05 20:25

　　采用碳热还原法以及沥青裂解包覆技术,制备具有核壳结构的Sn/C复合负极材料,对采用改性天然石墨与人造石墨作为内核的效果作了比较,并分析研究壳层的厚度对材料综合性能的影响。结果表明,采用改性天然石墨作为内核能更有效分散Sn金属颗粒,另外沥青裂解碳包覆层的厚度对材料的循环稳定性具有较大的影响。以改性天然石墨为内核,具有（10%+20%）双层包覆结构的负极样品具有最佳的综合性能,首次库伦效率为76.3%,54周的容量保持率为99%。材料结构的设计以及结构的合成工艺是解决锡基合金负极材料体积效应的重要途径。 

【文章来源】：材料导报. 2015,29(24)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

图３ＸＲＤ物相结构测试结果

充电比容量最大值相比，４０周循环的充电比容量保持率为８８．５％，具有较好的循环稳定性。结合ＳＥＭ表面形貌测试结果分析，由于改性天然石墨的球状形状及粗糙表面，以其为内核能实现对Ｓｎ金属颗粒的更有效分散，利于Ｓｎ的容量发挥。另外Ｓａｍ－ｐｌｅＡ的结构基本达到了目标产物的结构，在充放电过程中能为Ｓｎ的体积膨胀预留空间，且能有效阻碍Ｓｎ的进一步团聚，使ＳａｍｐｌｅＡ发挥出较好的综合性能。因此，Ｓｎ的有效分散对Ｓｎ基负极材料的容量发挥起重要作用。图４ＳａｍｐｌｅＡ和ＳａｍｐｌｅＢ的充（ａ）放（ｂ）电比容量曲线Ｆｉｇ．４Ｃｈａｒｇｅ（ａ）ａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ｂ）ｃａｐａｃｉｔｙｃｕｒｖｅｓｏｆｓａｍｐｌｅＡａｎｄＢ图５为ＳａｍｐｌｅＡ、Ｃ和Ｄ的充放电比容量曲线。根据测试结果，经过二次包覆处理后，样品的循环稳定性均有一定的提升。对于ＳａｍｐｌｅＡ，在第１０周循环达到最大值后，容量一直处于衰减趋势。再次对其进行２０％沥青二次包覆处理后，样品的循环稳定性有了大幅的提升，处理后的ＳａｍｐｌｅＣ展现出最佳的循环性能。对于ＳａｍｐｌｅＤ，二次包覆处理量达到３０％沥青裂解碳，包覆层相对较厚且表面致密，不利于电解液往材料内部渗透，因此样品的首次充电比容量较小，随着循环次数的增加，材料内部的活性物质得到活化，因此容量不断上升并逐步平稳，１５周循环后容量逐渐趋于稳定。由此可以判定，适量的二次包覆对循环稳定性的提升有帮助，而过量的二次包覆则不利于材料容量的发挥。其原因在于适量的二次沥青包覆处理能将未包覆完全的Ｓｎ重新包覆，

ｅｓａｍｐｌｅＡ，Ｂ，ＣａｎｄＤ图３为样品的ＸＲＤ测试结果。Ｓｎ／Ｃ负极材料的组分主要为Ｓｎ和Ｃ，ＳａｍｐｌｅＡ、Ｂ和Ｄ具有少量的ＳｎＯ２，其特征峰强度较校结果表明，采用碳热还原法，大部分ＳｎＯ２被还原成Ｓｎ。在ＳａｍｐｌｅＣ二次包覆处理过程中，ＳｎＯ２被彻底还原，因此Ｓｎ的特征峰最为明显。对于ＳａｍｐｌｅＤ，Ｓｎ的特征峰明显变弱，说明当外包覆层厚度达到一定的程度时，Ｓｎ被紧密包裹，Ｘ射线衍射变弱。图３ＸＲＤ物相结构测试结果Ｆｉｇ．３ＸＲＤｐｈａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ图４为ＳａｍｐｌｅＡ和ＳａｍｐｌｅＢ的充放电比容量曲线。由结果可知，ＳａｍｐｌｅＡ的容量发挥高于ＳａｍｐｌｅＢ，且循环性能优于ＳａｍｐｌｅＢ。ＳａｍｐｌｅＡ首次放电比容量为８７４．５ｍＡｈ／ｇ，首次充电比容量为４２８．１ｍＡｈ／ｇ，与第１０周的充电比容量最大值相比，４０周循环的充电比容量保持率为８８．５％，具有较好的循环稳定性。结合ＳＥＭ表面形貌测试结果分析，由于改性天然石墨的球状形状及粗糙表面，以其为内核能实现对Ｓｎ金属颗粒的更有效分散，利于Ｓｎ的容量发挥。另外Ｓａｍ－ｐｌｅＡ的结构基本达到了目标产物的结构，在充放电过程中能为Ｓｎ的体积膨胀预留空间，且能有效阻碍Ｓｎ的进一步团聚，使ＳａｍｐｌｅＡ发挥出较好的综合性能。因此，Ｓｎ的有效分散对Ｓｎ基负极材料的容量发挥起重要作用。图４ＳａｍｐｌｅＡ和ＳａｍｐｌｅＢ的充（ａ）放（ｂ）电比容量曲线Ｆｉｇ．

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池锡薄膜负极材料研究现状[J]. 余洪文,胡社军,侯贤华,李伟善.  电池. 2008(04)
[2]Li-Sn合金负极材料的嵌脱锂机理研究[J]. 侯贤华,胡社军,李伟善,赵灵智,余洪文,谭春林.  物理学报. 2008(04)



本文编号：3324407