sno2-cu-c复合负极材料的制备和嵌锂特性研究

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1、SnO2/Cu/C复合负极材料的制备和嵌锂特性研究第一章绪论1.1引言当今社会，煤、石油、天然气等化石能源日益匮乏，而在目前的能源结构中，它们使用量却占90%以上，由于其储量有限，无法满足人类社会持续发展的需求[1]。我国政府在过去十年一直在提倡低碳经济和节能减排，积极开发环保、低成本的新能源势在必行，一些可再生的新能源也在此背景下应运而生。在众多新能源体系中，绿色无污染的新型高能化学能源成为应对能源危机、开创低碳经济新时代的重要出路。目前，锂离子电池、镍氢电池等作为可替代的高能化学能源，具有能量转化率高、使用方便等优

2、势，尤其是锂离子电池凭借其能量密度高、荷电能力强、循环寿命长、环境污染小等优势，正逐渐取代市场上的铅酸电池和镍镉电池等，成为各种便携式电子设备的理想能源[2-7]。据估计，锂离子电池在、笔记本电脑和数码相机等领域世界范围内的市场估值约为数百亿美元。但另一方面，锂离子电池的性能仍然不能满足经济发展的要求，高性能、低成本、大功率、超长寿命的锂离子电池是接下去的发展目标[2,4,5]。本章首先简要介绍锂离子电池的组成及工作原理，并以此为依据介绍负极材料的特点与发展，然后详细介绍了氧化锡负极材料的储锂机理、存在的缺陷和国内外研

3、究概况。在此基础上，重点介绍了新型氧化锡基复合负极材料的特点，包括其制备方法、结构和储锂性能等，并且分析了其在锂离子电池中的应用前景，最后提出本论文的研究目的、意义和主要内容。......1.2锂离子电池特点、组成与工作原理实际应用中的锂离子电池是根据需要的电压和容量的大小，由若干个电池胞通过串联与并联的组合组成的。每个电池胞由正负极材料、电解液、隔膜、集流体、外壳所构成[3]（如图1-1所示）。其中正极材料主要是LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiFePO4等含锂氧化物，负极材料主要是石墨或合金等，其中真正

4、大范围商用的正负极分别为LiCoO2和石墨。电解液由有机溶剂和锂盐组成，锂盐一般为LiPF6、LiClO4等，有机溶剂则由碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）中一种或者多种组成，作用是使锂离子在正负极之间流通。隔膜主要是高强度的聚烯烃多孔膜，只允许锂离子通过。正极的集流体为Al箔，而负极的集流体为Cu箔。外壳则根据电池外型的不同一般采用不锈钢、铝塑膜等[3,8-10]。锂离子电池在充电过程中电能转化为化学能，Li+从正极的晶体结构中脱出，进入电解液并与溶剂分子结合到达负极石墨，进而嵌入石墨的层

5、状结构中，此时正负极的材料分别是Li1-xCoO2和LixC6，电子则通过外电路到达正极。在放电过程中则刚好相反，负极石墨中的Li+又通过电解液回复到正极材料晶格中，而此时电子则流到负极，相应的化学能转化为电能，正负极材料分别为LiCoO2和石墨。这样每一个循环都是Li+在正负极材料之间循环往复地穿梭，好像摇椅一样，因此锂离子电池有一个别名叫摇椅电池[3,6,10-12]。........第二章实验材料与方法2.1材料制备2.1.1样品制备工艺流程本论文所涉及到的球磨样品主要有SnO2、Cu、石墨等，通过机械球磨和水磨

6、两种方法制备复合电极材料。在复合球磨工艺制备样品过程中，球磨时间、转速、球料比等因素都会对球磨效果产生影响，合理选择这几个参数将会得到最佳的球磨效果。此外，由于样品中纳米Cu对水和氧气比较敏感，因此实验操作过程中涉及到装粉和取粉过程均在充满氩气的手套箱中进行的（氩气浓度大于99.99%），实验制备样品时水氧含量不得超过5ppm。并且在球磨过程中，为了不让球磨过程中球磨罐中的热量过高，球磨半个小时然后停半个小时，球磨完之后，也在充满Ar气的手套箱中取粉。球磨是一种非常实用的结构改性手段，不仅可以调节合金成分，而且可以细化

7、颗粒尺寸。在不需要成分均匀的情况下，对于处理固定计量比的粉末材料，比如纯金属、金属间化合物等，机械球磨是比较合适的选择。机械球磨能够破坏金属间化合物的长程有序结构或者产生非晶态相，当粉末已经混合，只需要降低颗粒尺寸或者需要通过机械力来诱发反应时，其所需的时间短、效率高。目前，机械合金化已广泛应用于锂离子电池负极材料的制备，通过球与球之间的高速旋转、摩擦和碰撞使颗粒细化扩散均匀。此外，球对颗粒表面的冲击使其表面产生很多缺陷[77,78]，促进了锂离子在材料界面的转移和传递，提高了储锂性能。..........2.2组织结

8、构分析2.2.1X射线衍射分析采用日本理学公司的Miniflex600X射线衍射仪分析样品的相结构。实验参数：采用CuKα射线（λ=1.5406）连续扫描，工作电流和电压分别为40mA、40kv。扫描速度视具体测试目的而定，一般采用2~10°min-1。步长配合扫描速度使用，一般设置为0.02&d