Ni_Sn_Cu合金负极材料的制备与研究.pdfVIP

2010 年 第 1 期 化学工程与装备 2010 年 1 月 Chemical Engineering Equipment 11 Ni-Sn-Cu 合金负极材料的制备与研究 李求忠，游东宏，谢鸿芳 (广西师范学院，广西 南宁 352100) 摘 要：用化学还原—共沉积法制备了 Ni-Sn-Cu 合金材料，采用 XRD 和 SEM 对材料的结构和形貌进 行表征。根据充放电曲线和微分容量曲线，探讨了嵌/脱锂行为。研究表明：Ni-Sn-Cu 合金材料呈无定 -1 -1 形态结构；合金电极首次放电容量为 1918 mAh·g ，充电容量为 666 mAh·g ，循环20 次后，可逆容量 仍然有 302 mAh·g-1 ，库仑循环效率稳定在 94% 。 关键词：锂离子电池；负极材料；Ni-Sn-Cu 合金；循环性能 已商业化的锂离子电池负极材料主要以石墨 年来，锡基合金负极材料的研究主要集中在二元合 为主，以及改性的石油焦、碳纤维、裂解碳和无序 金上，而三元合金的研究报道较少。 碳等材料。石墨负极具有很低的嵌锂电位，循环性 本文采用化学还原共沉积法制备Ni-Sn-Cu三元 能好，但石墨的理论比容量只有372 mAh·g-1 ，体积 合金材料，并在220 ℃下进行热处理，材料的结构 比容量更没有优势，无法满足高能量密度电池的需 和形貌用XRD和SEM进行表征，通过循环充放电测 求。与之相比，金属锡作为负极材料能与Li 形成 试考察材料的电化学性能。 Li4.4Sn，理论比容量高达994 mAh·g-1 ，但锡在嵌/ 1 实验 脱锂时存在大幅度的体积变化（~360% ），反复脱嵌 1.1 电极材料的制备与表征 后材料逐渐粉化、剥落，产生“死锂”，导致可逆比 将 10 mmol SnCl （天津产，AR ）、7.5 mmol 2 容量逐渐下降，循环性能不理想，目前仍未能实现 NiCl2 （天津产，AR ）和2.5 mmol CuCl2 （天津产， 商业化。[1]在锡中引入第二种活性或非活性金属作 AR ）溶于 50ml 无水乙醇（上海产，AR ）,配成溶 为基体，可得到锡/活性或锡/非活性体系，可有效 液 A ；配制0.1 mol·L-1 NaBH4 （天津产，AR ）溶液， 抑制锡嵌/脱锂时产生的体积效应，从而提高电极的 用 NaOH （上海产，AR ）调节pH=12 （溶液B ）。 循环性能。F.S. Ke等[2]用溶胶法还原制备三维复合 快速搅拌下将溶液 A 缓慢滴加到溶液 B 中，搅拌 Sn-Ni 合金材料， 75 次循环后可逆容量达 536 1h，充分反应后抽滤，依次用二次水、无水乙醇各 mAh·g-1 [3] 洗涤 3 次,在 120℃下真空干燥，然后在 220 ℃下热 。J.Wolfenstine等 人用化学还原法制得纳 米Cu6Sn5 （100nm ）合金材料，100次循环后容量 处理 6h，得到黑色Ni-Sn-Cu 合金粉末。 接近石墨理论容量的两倍。舒杰等[4] 认为三元合金 用D8 ADVANCE 型X-射线衍射仪(德国产)进 具有多个活性/活性和活性/非活性体系，这种结构 行物相分析, 辐射源为Cu