真空蒸镀法制备锡薄膜及其嵌锂电化学性能

《真空蒸镀法制备锡薄膜及其嵌锂电化学性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第8期应用化学Vol．28Iss．82011年8月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYAug．2011真空蒸镀法制备锡薄膜及其嵌锂电化学性能*张凯白红美程方益陈军(南开大学新能源材料化学研究所，先进能源材料化学教育部重点实验室天津300071)摘要采用真空蒸镀法在铜片基底上沉积锡薄膜作为锂离子电池负极材料，对所制备的锡薄膜采用扫描电子显微镜、X射线衍射表征，研究了其表面形貌和组成。将制备的薄膜在手套箱中组装成CR2032型钮扣式电池，进行电化学测试，研究其电化学性能。实验结果表明，在相同蒸发时间和基底温度的条

2、件下，随着蒸发功率的增加，沉积的锡颗粒逐渐增大，相应的电化学性能降低。以蒸发功率200W、基底温度150℃制得的样品粒径为100～200nm，含有Cu6Sn5合金相，以0.2C倍率充放电循环20周后放电容量达527mA·h/g。关键词锡薄膜，真空蒸镀，锂离子电池，负极材料中图分类号:O646文献标识码:A文章编号:1000-0518(2011)08-0918-06DOI:10．3724/SP．J．1095．2011．00595［1-3］近年来，高能量密度的锂离子电池已经被广泛应用于便携式电子设备和电动车辆等领域。目前，商品化的锂离子电池通常采用

3、石墨负极材料，理论比容量仅为372mA·h/g，且存在安全隐患。因此开发新型高容量负极材料成为提高锂离子电池性能的研究热点和重点之一。锡(Sn)与锂(Li)可形成［4］Li22Sn5合金相，具有高达990mA·h/g的理论比容量，作为锂离子电池负极材料被人们广泛研究。但是锡基材料在嵌脱锂过程中，存在严重的体积效应，会导致活性物质崩塌，造成电极材料从集流体脱落，［5-6］从而降低电极的循环寿命。为了解决锡基负极材料在充放电过程中的体积效应问题并提高电池的循环性能，人们做了许多尝［7］试。Dahn研究组提出，如果能制备足够小的锡颗粒，并采取合适的方

4、法防止其团聚，就能在一定程度上提高电池的循环性能。现在研究人员已经探索出许多方法来制备锡基负极材料。例如，将锡和锡的［8-9］［10-13］氧化物包覆碳材料或者引入另一种元素形成锡合金Sn-M(M=Cu，Al，Ni，Co，Si，Sb)或复合物［14］［15］［16-17］［18］能抑制锡的体积膨胀，改善其电化学性能。此外，利用蒸发、溅射、电沉积和化学镀等方法制成纳米尺寸的锡薄膜，也可提高电极的容量和循环性能。其中，真空蒸镀法制备薄膜的沉积速度较快，操作简便，而且在较高真空度下，可确保所制备的薄膜具有较高的纯度，因此是制备锡纳米薄膜的较好方法之一

5、。本文以铜片为基底，采用真空蒸镀法制备锡薄膜，研究了不同的实验条件如基底温度和蒸发功率对锡薄膜形貌、组成和电化学性能的影响。1实验部分1．1试剂和仪器锡粒，纯度99.9%(天津市石英钟厂坝县化工分厂);浓盐酸，含量36%～38%(天津市化学试剂批发公司);浓硝酸，含量65%～68%(天津市化学试剂批发公司);磷酸，含量＞85%(天津市化学试剂六厂);冰乙酸(天津市北方天医化学试剂厂);丙酮(天津市化学试剂批发公司);无水乙醇(天津市化学试剂批发公司)，以上试剂均为分析纯;蒸馏水;商品化铜片。ZHD-500型高真空热蒸发仪(北京泰克诺科技有限公司

6、);RigakuINT-2000型X射线衍射仪(日本理学公司)，CuKα石墨单色器辐射，X射线管电压40kV，管电流200mA，以连续的方式采样，扫描范围10°～80°，扫描速度为8°/min;PhilipsXL-30型扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，加速电压为30kV;2010-10-10收稿，2010-11-18修回国家自然科学基金(20873071)和天津应用基础及前沿技术研究(08JCZDJC21300)资助项目通讯联系人:陈军，教授;Tel/Fax:022-23506808;E-mail:chenabc@nankai．edu．cn;

7、研究方向:纳米能源化学第8期张凯等:真空蒸镀法制备锡薄膜及其嵌锂电化学性能919JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜(日本电子JEOL)，加速电压10kV;LAND2001CT型电池测试系统(武汉蓝电电子有限公司);Universal(2240/750/990)型手套箱(米开罗那有限公司);PARSTAT263A电化学工作站(美国AMETEKPAK公司);BS210S型电子天平(赛多利斯天平有限公司)。1．2实验方法量取60mL浓硝酸，190mL磷酸，250mL冰乙酸，混合均匀，配成侵蚀液。剪长75mm、宽57mm的薄铜片，放入大烧杯中，依

8、次用丙酮、10%稀盐酸、稀释后的侵蚀液清洗，除去表面油污和氧化物，最后用乙醇超声1min后吹干铜片。－4将处理好的铜片固定在基片上，将锡粒置于钼舟上，