锂离子电池cusn合金负极材料的研究

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1、锂离-f电池CuSn合金负极材料的研究摘要CuSn合金作为一种新型的锂离子电池负极材料，因为具有比容量高，安全性好等优点，引起了广泛的研究。本文采用碳热还原和液相还原两种方法合成了CuSn合金负极材料。通过X射线衍射分析(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)，以及恒电流充放电，循环伏安，交流阻抗等电化学测试手段对合成产物的相组成，微观形貌，电化学性能进行了分析表征。研究了颗粒形貌和尺寸，合成方法，制备工艺等对CuSn合金负极材料电化学性能的影响；采取碳包覆的方法提高了CuSn合金负极材料的

2、循环性能；探讨了合金电极容量迅速衰减的原因。采用碳热还原的方法简单快速的合成了CuSn合金负极材料，材料表现出较低的首次不可逆容量和较好的循环性能。选取碳黑，中间相碳微球，石墨，气相生长碳纤维分别作还原剂，合成的CuSn合金颗粒形貌有所不同，电化学性能也有很大的差异。用中间相碳微球还原合成的材料为亚微米级颗粒，循环性能也最优异，而用气相生长碳纤维还原合成的是纳米纤维状CuSn合金，但循环性能不佳。通过对比导电剂的种类和含量，优化电池制备工艺，当采用气相生长碳纤维作导电剂，含量为lO％时得到的电极循环性能最好。采用

3、液相还原合成了纳米CuSn合金负极材料。NaBH4的溶液的PH值和合成材料的后续热处理均对纳米CuSn合金负极材料的形貌，结构以及电化学性能有较大的影响。当NaBH4的溶液PH>12，并且对合成的纳米CuSn合金材料进行热处理后，合成的材料颗粒形状规则，尺寸均匀，并且不发生团聚，电极的循环容量性能也较好。以聚合物为前躯体，采用高温碳化包覆制备了碳包覆纳米CuSn合金负极材料。对比纯纳米CuSn合金材料，碳包覆纳米CuSn合金负极材料的首次库仑效率有所降低，但循环容量性能得到很大的提高，首次放／充电容量分别达到10

4、15mAh／g和600mAh／g，40个循环后仍然保持460mAh／g的容量。通过优化碳包覆的工艺，当碳包覆温度大于800℃，碳包覆前躯体与合金的比例为5：1时，制得的碳包覆纳米CuSn合金负极材料的电化学性能最佳。通过对合金电极循环不同次数后的SEM，TEM，XRD，以及交流阻抗等测试发现，电极表面随着循环的推进，出现越来越多的裂纹，并且伴随着电极材料的脱落；合金颗粒在循环的过程中由于大的体积膨胀，发生了严重的碎裂和粉化，并且合金的结晶性降低；随着循环的进行，电极的内阻不断增大。以上原因综合导致了电极循环容量的

5、迅速衰减。关键词：CuSn合金；负极材料；锂离子电池；电化学性能一II．硕十学位论文AbstractCuSnalloyanodematerialsforlithium—ionbatterieshavebeenwidelystudiedduetoitsrelativelylargetheoreticalcapacityandhi曲safety．Inthiswork，CuSnalloyanodematerialsweresynthesizedbycarbothermalreductionandreductivepre

6、cipitationmethods，respectively．Thephasecompositions，particlemorphologyandelectrochemicalpropertiesofthefinalmaterialswerecharacterizedbyXRD，SEM，TEMandelectrochemicaltechniquessuchasgalvanostaticalcycling，cyclevoltammogramandACImpedance．Theeffectsoftheparticle

7、morphology，thesynthesizingmethodandpreparingtechniqueontheelectrochemicalperformanceofCuSnalloymaterialswerestudied．Inordertoimprovethecyclingperformanceoftheelectrode，nanometerCuSnalloyparticleswereencapsulatedbyamorphouscarbonlayerthroughcarbonizationofpoly

8、merathightemperature．Reasonsoffastcapacityfadingofalloyelectrodewerealsodiscussedinthisstudy．TheCuSnalloyanodematerialssynthesizedbycarbothermalreductionexhibitlowerfirstirreversiblecapac