锂离子电池SnSbMCMB核壳结构负极材料嵌锂性.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 9 (2013) 098201 锂离子电池SnSb /MCMB 核壳结构负极 材料嵌锂性能研究* † 李娟 汝强 孙大伟 张贝贝 胡社军 侯贤华 ( 广东省高等学校量子信息技术重点实验室, 华南师范大学物理与电信工程学院, 广州 510006 ) ( 电化学储能材料与技术教育部工程研究中心, 广州 510006 ) ( 2012 年10 月24 日收到; 2013 年1 月10 日收到修改稿) 以酸处理的中间相碳微球(MCMB) 为载体, 用化学还原法在碳球表面沉积SnSb 合金, 合成SnSb 包覆碳球的核 壳结构负极材料. 采用XRD, SEM 技术对材料的结构和形貌进行了表征, 用恒电流充放电(CC)、循环伏安(CV) 和 交流阻抗(EIS) 测试了材料的电化学性能. 实验结果表明: SnSb/MCMB 样品呈现纳米晶与非晶态的混合组织; 单一 SnSb 合金的容量衰减较快, 而对于SnSb/MCMB 复合材料, 细小的合金颗粒均匀钉扎在MCMB 表面, 不仅改善了颗 粒的团聚现象, 而且增强了材料的导电能力, 使材料的循环稳定性得到改善, 复合材料具有936.161 mAh/g 的首次放 电比容量, 首次库仑效率80.3%, 50 次循环后容量维持在498.221 mAh/g. 关键词: SnSb 合金, 锂离子电池, 中间相碳微球(MCMB), 电化学性能 PACS: 82.47.Aa, 82.45.Yz, 81.05.Bx DOI: 10.7498/aps.62.098201 首次循环不可逆容量损失大的缺点, 人们转而寻求 1 引言 二元合金体系, 目前常见的有Sn-Ni, Sn-Co, Sn-Sb, Sn-Cu 等13−17 . 其中Sn-Sb 系的Sn 和Sb 都具有 锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环 储锂活性, 比Sn-Cu, Sn-Ni 等活性/惰性体系具有 寿命长、无记忆效应、无污染等优点, 得到日益广 更高的比容量, 并且Sn 和Sb 与Li 化合的电化学 1 泛的应用 . 目前商用的锂电负极材料主要采用石 电位不同, Sn-Sb 合金作为负极材料在充放电过程 墨类碳材料, 但其低的储锂能力(Li C, 372 mAh/g), 18 6 中可以实现与Li 的分步化合 , 未反应相起到分 极大限制了动力型锂离子电池的应用. 为了研发 散、缓冲反应相所产生应力的作用, 从而提高电极 新型锂离子电池, 人们逐渐把目标转向硅、金属 的循环稳定性, 因此在众多合金材料中, Sn-Sb 合 氧化物、金属及合金等材料2−12 上. 合金类材料 金备受关注. 虽然现有二元锡锑的循环性能远优 由于具有高的体积和质量能量密度, 是一种很有 于纯锡, 但仍存在循环性能和比容量不能兼顾的问 前景的负极材料. 其中金属Sn 的理论比容量高达 题. 对Sn 基合金进行必要的改性, 以减缓或抑制嵌 994 mAh/g, 在充放电过程中不易形成锂枝晶, 提高 脱锂时的巨大体积变化, 成为当前急需解决的关键 了电池的安全性, 这是开发高性能锡基储锂材料 问题. 已有研究表明19−23 , 在减小合金颗粒尺度 的基