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锂离子电池负极SnCo/C复合材料的制备与改性

作　者: 周俊
导　师: 程新群
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂离子电池 负极材料 锡钴碳复合材料 化学还原法 水热法
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


开发新型锂离子二次电池是解决现在全球范围内越来越严重的能源问题的主要途径之一，提升正负极材料的容量和稳定性是高性能电池研发的主要目标。金属锡具有990mAh/g的高理论比容量，是一种有前途的新型负极材料。但是由于Sn在充放电循环时体积膨胀很大，循环稳定性差。将Sn与其它元素制备成合金和复合物是改良性能的很好的方法。本文用化学还原法制备出SnCo合金后通过水热法制备出了SnCo/C复合材料。研究了碳源加入量对于材料性能的影响。随着葡萄糖加入量的增加，材料的首次比容量和首次效率依次减小，但是循环更加稳定，当合金质量与碳源加入质量比例为3:6时，材料50次循环容量保持率为63.7%。研究了Co组分含量对于材料性能的影响。随着钴含量的增加，材料容量降低，首次效率降低，但是容量保持率增高。当SnCo物质的量的比为1:1时，复合材料50次循环容量保持率为79.3%，100次循环容量保持率为72.1%。针对制备材料的工艺过程进行了改进以提高材料电化学性能，并将制备好的材料进行了一些后处理。超声条件下反应，化学还原反应时间减短和温度降低，大大减轻了化学还原生成合金时Sn被氧化的几率。将反应环境更换为超声条件下，材料的首次效率有一定幅度提升。此条件下制备出SnCo物质的量的比16:1的复合材料，材料首次充电比容量能够达到808mAh/g，首次库伦效率58.5%，比搅拌条件下制备材料的首次效率提高了近10%。将制备好的材料浸入盐酸溶液中预处理再制备电池。复合材料在处理之后颗粒尺寸有小幅度变大，材料更加整齐，材料表面更加平整，但是会在材料颗粒表面出现可见的凹迹。电池性能相对于未处理材料的性能有很大幅度提升，首次容量提升为1085mAh/g，超出了纯锡的理论容量。材料首次效率提升为51%，这是由于材料比表面积变小，并且表面的凹痕能容纳电解液，使得生成SEI膜简单。循环50次材料容量保持率为69.3%，循环稳定性有小幅度提升，这是由于材料表面更加平整，生成的SEI膜稳定。将反应环境放在气体保护环境下、750℃高温处理材料时锡氧化物歧化还原、材料用Na2CO3预处理等等，但是由于各种因素导致复合材料的电化学性能没有明显的变化或者性能变差，这些改进方法仍然需要进一步研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 引言  9
  1.2 锂离子电池研究概况  9-12
    1.2.1 锂离子电池工作原理  9-10
    1.2.2 正极材料的研究概况  10-11
    1.2.3 电解质研究概况  11-12
  1.3 锂离子二次电池负极材料的研究进展  12-19
    1.3.1 碳类负极材料的研究  12-14
    1.3.2 金属氧化物负极材料  14
    1.3.3 Si 负极材料的研究  14-15
    1.3.4 Sn 负极材料的研究  15-19
  1.4 本论文的研究目的及主要内容  19-20
第2章 材料的制备和测试方法  20-24
  2.1 材料的制备方法  20
    2.1.1 化学还原法  20
    2.1.2 水热法  20
  2.2 扣式电池装配工艺  20-21
    2.2.1 负极的制备  20-21
    2.2.2 扣式电池装配  21
  2.3 电化学性能测试  21-22
    2.3.1 循环性能测试  21-22
    2.3.2 微分容量曲线  22
  2.4 材料的物理性能表征  22-24
    2.4.1 扫描电子显微镜测试  22
    2.4.2 X 射线衍射分析测试  22-24
第3章 SnCo/C 复合材料的制备和研究  24-44
  3.1 SnCo 合金的制备和表征  24-26
  3.2 SnCo/C 复合材料的制备和研究  26-34
    3.2.1 葡萄糖含量对 SnCo/C 复合材料性能影响的研究  27-30
    3.2.2 钴含量对 SnCo/C 复合材料性能影响的研究  30-34
  3.3 超声环境制备复合材料的研究  34-42
    3.3.1 两种条件制备材料性能对比  34-37
    3.3.2 超声环境制备复合材料碳源加入量的研究  37-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章 SnCo/C 复合材料改性研究  44-57
  4.1 制备工艺的改进  44-48
    4.1.1 气体保护环境下制备材料  44-46
    4.1.2 高温热处理材料  46-48
  4.2 复合材料的后处理研究  48-56
    4.2.1 杂质 Na 的影响  48-49
    4.2.2 热处理对 SnCo/C 复合材料性能的影响  49-50
    4.2.3 Na2CO3处理复合材料的研究  50-53
    4.2.4 盐酸处理复合材料的研究  53-56
  4.3 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

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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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