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碳负载锡钴合金锂电负极材料的制备与表征

碳负载锡钴合金锂电负极材料的制备与表征

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作者：李小姗陕西师范大学

学位级别：硕士

在过去20年里,锂离子电池被广泛用作便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车的的电源。倍受国内外学者的高度关注和研究,其研究和发展领域在不断的深入和扩大。决定锂离子电池性能优劣的因素主要有：正极材料、负极材料、隔膜和电解... 详细信息

在过去20年里,锂离子电池被广泛用作便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车的的电源。倍受国内外学者的高度关注和研究,其研究和发展领域在不断的深入和扩大。决定锂离子电池性能优劣的因素主要有：正极材料、负极材料、隔膜和电解液等。其中重要的一项影响因素是负极材料。因此,研究高性能的锂离子电池负极材料成为研究的热点。碳负载金属合金制备的负极复合材料,不仅具有金属合金比容量高、导电性能良好等优点,而且由于碳材料缓冲了金属合金在充放电过程中的体积膨胀而循环性能较好,是一种富有潜力的负极复合材料。本文总结了锂离子电池负极材料的研究进展,同时制备了石墨烯/CoSn2负极材料和CoSn/网格碳壳微球负极材料,将其制备成电池电极且组装成锂离子扣式电池,对其电化学性能进行了一系列的分析表征。用SEM、TEM、XRD、BET等表征方法对材料的形貌和结构进行表征。用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等表征方法对材料电化学性能表征,主要结论如下： 1、采用低温液相还原法,将通过改进的Hummers法制备的氧化石墨烯负载上CoSn2合金,在真空烘箱50℃干燥48h,单片层的石墨烯/CoSn2在低温下自然沉降后,得到三明治结构石墨烯/CoSn2,再经过6%氢气的氮氢混合气高温还原得到三明治结构石墨烯/CoSn2复合材料,将其用于锂离子电池负极材料。考察了不同锡钴比例和不同炭化温度对石墨烯/CoSn2复合材料性能的影响。实验中SnCl·2HO与CoCl·6HO物质的量比为1：1、2：1、3：1、4：1制备复合材料。对样品进行电化学性能测试,得到3：1时样品的电化学性能最佳。同时考察了材料在未煅烧和在300℃、400℃、500℃、600℃高温还原条件下制备的石墨烯/CoSn2复合材料,对样品进行电化学性能测试,得到在400℃时石墨烯/CoSn2复合材料的电化学性能最好。XRD分析表明样品中有CoSn、CoSn两种合金晶相存在。TEM分析表明石墨烯上均匀分散着金属合金颗粒。恒电流结果显示,电流密度为100mAg-1充放电,可逆容量为837.2mAhg-1,第100次循环后可逆容量为796.6mAhg-1,容量保持率为95.2%,说明石墨烯/CoSn2(GNS/CoSn2)具有很好的电化学性能。 2、以F108为表面活性剂,2,4-二羟基苯甲酸和甲醛为反应物,L-赖氨酸为催化剂,添加金属合金CoSn纳米颗粒,经过水洗和煅烧制备了CoSn/实心碳微球(CoSn/CS)、CoSn/网格碳壳微球(CoSn/GSCS)、CoSn/中空碳微球(CoSn/HCS)三种不同形貌的材料。通过TEM图可以看出,微球的球径约600nm,壁厚约50nm,CoSn的粒径约13nm。电化学性能测试表明,CoSn/网格碳壳微球电化学性能最好,在电流密度为100mAg-1下充放电,首次可逆容量为870.6m h g-1,第200次循环的可逆容量为734.2mAh g-1,容量保持率达84.4%。在电流密度为1000mAg-1下充放电,首次可逆容量为419.7mAhg-1,第200次循环的可逆容量为353.6mAhg-1,容量保持率为84.2%。第800次循环的可逆容量为340mAhg-1,容量保持率为81%,循环性能和倍率性能都很好。

关键词：锂离子电池负极石墨烯复合材料网格碳壳微球 Co-Sn合金

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