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锂离子电池锡基负极材料的制备及其电化学性能研究

作　者: 王慧娟
导　师: 曹楚南；王建明
学　校: 浙江大学
专　业: 化学
关键词: 锂离子电池 锡阳极 形貌 纳米多孔SnO2层 电沉积 水热处理
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 281次
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内容摘要


锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、安全、无污染等优点,广泛应用于便携式电子设备的电源。作为锂离子电池新型负极材料,锡基负极材料由于具有较高的比容量日益引起人们的关注。本论文开展了金属锡和SnO2负极材料的制备研究,应用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线能量分散分析（EDAX）、X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、循环伏安（CV）和恒流充放电等方法对材料的物理性质和电化学性能进行了表征。以铜箔为基体,采用电沉积法制备了锂离子电池用金属锡电极。研究发现通过调整电沉积时间,可以有效地改变锡沉积层的表面形貌。电沉积5 min获得的网状多孔结构的锡沉积层显示了较大的不可逆容量和较好的电化学循环性能。电沉积较长时间制得的致密颗粒状金属锡电沉积层具有相对大的可逆储锂容量,但其在电化学循环过程中会发生容量衰退现象。锡颗粒尺寸的降低,有利于颗粒状金属锡电沉积层储锂性能的改进。电沉积15 min制得的锡沉积层由粒径较小的颗粒组成,在30次充放电循环后其可逆储锂容量为400 mAh·g-1。采用一种新颖的方法一电沉积.水热法制备出了B2O3修饰的SnO2薄膜电极,进一步研究了水热反应温度和水热处理液组成对SnO2性能的影响。研究发现制备条件对薄膜电极的物理性质和电化学性能有较大的影响。结果表明,在180℃的水热反应温度及处理液为0.01 mol·L-1NaBH4的条件下,制备出了纳米多孔结构的B2O3改性的SnO2薄膜,其具有较大的比表面积和较高的结晶度;该薄膜显示了优异的电化学性能,第四个循环可逆容量为676 mAh·g-1,接近SnO2的理论容量,50个循环后放电容量仍保持在524 mAh·g-1。此外,研究结果也表明在纯水中热处理的SnO2薄膜电极的电化学性能相对较差。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-28
  1.1 引言  8-9
  1.2 锂离子电池简介  9-11
    1.2.1 锂离子电池的发展历史  9-10
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  10-11
    1.2.3 锂离子电池的结构  11
  1.3 锂离子电池负极材料的研究进展  11-18
    1.3.1 锂离子电池碳负极材料  12-13
    1.3.2 锂离子电池硅基负极材料  13-14
    1.3.3 锂离子电池锡基负极材料  14-17
    1.3.4 锂离子电池的其他重要负极材料  17-18
  1.4 锂离子电池负极材料的制备方法  18
  1.5 本论文的立题依据及研究内容  18-20
  本章参考文献  20-28
第二章 实验内容与测试方法  28-35
  2.1 化学试剂和仪器  28-29
    2.1.1 化学试剂  28
    2.1.2 实验仪器  28-29
  2.2 材料的制备  29
  2.3 电极的制备和模拟电池的组装  29-32
    2.3.1 电极的制备  29-30
    2.3.2 模拟电池的组装  30-32
  2.4 电极材料的物性分析  32
    2.4.1 X射线衍射分析(XRD)  32
    2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)  32
    2.4.3 透射电子显微镜(TEM)  32
  2.5 材料的电化学性能测试  32-34
    2.5.1 恒电流充放电性能测试  32-33
    2.5.2 循环伏安(CV)测试  33
    2.5.3 电化学阻抗(EIS)测试  33-34
  本章参考文献  34-35
第三章 电沉积法制备金属锡薄膜电极  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 实验方法  35-36
    3.2.1 材料的制备  35-36
    3.2.2 材料的物理特性和结构表征  36
    3.2.3 Sn电极的电化学性能测试  36
  3.3 材料的物理特性  36-39
    3.3.1 Sn电极的表面形貌(SEM)  36-37
    3.3.2 Sn电极的X射线衍射(XRD)  37-39
  3.4 材料的电化学性能  39-44
    3.4.1 Sn电极的充放电曲线  39-43
    3.4.2 Sn电极的循环伏安性能(CV)  43-44
  3.5 本章小结  44-45
  本章参考文献  45-47
第四章 电沉积-水热法制备B_2O_3改性的纳米结构SnO_2薄层电极  47-61
  4.1 引言  47
  4.2 实验方法  47-49
    4.2.1 材料的制备  47-48
    4.2.2 材料的物理表征  48
    4.2.3 材料的电化学性能  48-49
  4.3 材料的物理性质  49-53
    4.3.1 SnO_2的表面形貌(SEM)  49-50
    4.3.2 SnO_2的透射电镜形貌(TEM)  50-51
    4.3.3 SnO_2的X射线衍射(XRD)和EDAX表征  51-53
  4.4 材料的电化学性能  53-57
    4.4.1 SnO_2的充放电曲线  53-56
    4.4.2 SnO_2的循环伏安  56
    4.4.3 SnO_2的电化学阻抗  56-57
  4.5 本章小结  57-58
  本章参考文献  58-61
第五章 总结与展望  61-62
附录:硕士期间发表的论文与专利  62-63
致谢  63-64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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