预锂化锡基负极材料的制备与性能研究

发布时间：2021-02-02 11:40

　　随着电动汽车的快速发展,对锂离子电池的需求也越来越高,传统的钴酸锂/石墨体系电池已经远远不能满足电动汽车高续航里程的需求。开发高容量的电极材料显得尤为重要。在众多可替代的负极材料中,锡基负极得益于高容量、低电压、来源丰富等优点而被广泛研究。但锡基负极和其他合金类负极同样也存在着一些缺点,在循环的过程中伴随着巨大的体积膨胀（260%）,会造成电极材料的粉化,进而从集流体脱落,导致容量衰减很快。针对体积变化的问题,研究者提出了许多对应的策略,包括了将锡材料做成各种纳米结构,与碳基质或者其他非活性材料复合,或者与过渡金属复合制成合金材料。这些方法在一定程度上提高了锡基负极的电化学性能,但同时也带来了其他问题,纳米化提高了材料的比表面积,导致生成了更多的SEI膜,造成了大量的不可逆的锂消耗,大大降低了锡基材料的首次库伦效率,材料颗粒越小,对首效影响的越大。通过增加正极材料的负载量虽然可以弥补负极SEI生长所消耗的锂源,但是使用过量的正极材料会降低全电池的能量密度。如果在负极材料做成电极前就预先富含锂,也就是将材料进行预锂化,就可以弥补生长SEI膜的不可逆的锂损失。当前报道过的预锂化的方法有三种... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

橄榄石结构材料L洲PO;(M二Fe、Mn、Co、Ni)的晶体结构和电于结构

往往转移大于一摩尔的电子，因此比容量都很高，远远大于商用的金属氧化物正??极；但是转化反应的脱嵌锂电位对于正极材料而言太低，这也是转换型正极的弊??端。图１．４中所示氟化铁嵌锂后转化为铁金属颗粒分散在氟化锂基质中的结构。??新相的形貌和空间分布对材料的导电性有很大影响，而且会影响转化反应的可逆??性。第二种转换反应包括硫系单质的脱嵌锂反应［３９，４０］，如硫正极虽然比容量也??很高，但存在的问题也一直没有解决：硫及硫化锂的固有导电性差，导致电极整??体的导电性差，电极制备需要更多的导电炭黑添加剂，降低其能量密度；硫脱嵌??锂过程中的体积变化大，造成电极的不稳定性；硫化锂存在严重的穿梭效应，可??能透过隔膜穿梭到负极表面，并在负极表面沉积下来，导致容量衰减很快。??对新型正极材料的研究，要在保证安全性的基础上，提高材料的比容量，增??加材料的输出电压

ＭａＸｂ?ａ?Ｍ?＋?ｂ?ＬｉｎＸ??图１．５锂离子电池负极材料不同反应机理的示意图??插入型材料主要包括石墨和尖晶石相钛酸锂［４２，４３］。石墨作为商业负极材料??一直占据着主要地位，但是石墨的比容量比较低，只有３７２?ｍＡｈ／ｇ，而且倍率性??能不佳，在高倍率下容易出现析锂现象。相对而言，钛酸锂的稳定性要好很多，??因为钛酸锂的氧化还原电位在１．５５Ｖ，不会出现锂枝晶或者析锂现象。钛酸锂的??晶体结构也非常稳定，脱嵌锂的过程中体积几乎没有任何变化，经过多次循环电??极的整体结构依然保持完好，循环性能优异。然而，钛酸锂本征导电性很差，离??子扩散效率也不高，导致电极的倍率性能不佳。通常解决这些问题的办法就是将??钛酸锂设计成纳米孔结构；或者用碳材料或者其他氧化物进行包覆处理。??合金类负极主要包括第四、第五主族元素

【参考文献】：
期刊论文
[1]我国锂离子电池产业面临的机遇与挑战[J]. 师昌绪,杨裕生,陈立泉.  新材料产业. 2010(10)



本文编号：3014632