采用碳熱還原法以及瀝青裂解包覆技術,制備具有核殼結構的Sn/C復合負極材料,對采用改性天然石墨與人造石墨作為內(nèi)核的效果作了比較,并分析研究殼層的厚度對材料綜合性能的影響。結果表明,采用改性天然石墨作為內(nèi)核能更有效分散Sn金屬顆粒,另外瀝青裂解碳包覆層的厚度對材料的循環(huán)穩(wěn)定性具有較大的影響。以改性天然石墨為內(nèi)核,具有（10%+20%）雙層包覆結構的負極樣品具有最佳的綜合性能,首次庫倫效率為76.3%,54周的容量保持率為99%。材料結構的設計以及結構的合成工藝是解決錫基合金負極材料體積效應的重要途徑。 

【文章來源】：材料導報. 2015,29(24)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖３ＸＲＤ物相結構測試結果

充電比容量最大值相比，４０周循環(huán)的充電比容量保持率為８８．５％，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。結合ＳＥＭ表面形貌測試結果分析，由于改性天然石墨的球狀形狀及粗糙表面，以其為內(nèi)核能實現(xiàn)對Ｓｎ金屬顆粒的更有效分散，利于Ｓｎ的容量發(fā)揮。另外Ｓａｍ－ｐｌｅＡ的結構基本達到了目標產(chǎn)物的結構，在充放電過程中能為Ｓｎ的體積膨脹預留空間，且能有效阻礙Ｓｎ的進一步團聚，使ＳａｍｐｌｅＡ發(fā)揮出較好的綜合性能。因此，Ｓｎ的有效分散對Ｓｎ基負極材料的容量發(fā)揮起重要作用。圖４ＳａｍｐｌｅＡ和ＳａｍｐｌｅＢ的充（ａ）放（ｂ）電比容量曲線Ｆｉｇ．４Ｃｈａｒｇｅ（ａ）ａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ｂ）ｃａｐａｃｉｔｙｃｕｒｖｅｓｏｆｓａｍｐｌｅＡａｎｄＢ圖５為ＳａｍｐｌｅＡ、Ｃ和Ｄ的充放電比容量曲線。根據(jù)測試結果，經(jīng)過二次包覆處理后，樣品的循環(huán)穩(wěn)定性均有一定的提升。對于ＳａｍｐｌｅＡ，在第１０周循環(huán)達到最大值后，容量一直處于衰減趨勢。再次對其進行２０％瀝青二次包覆處理后，樣品的循環(huán)穩(wěn)定性有了大幅的提升，處理后的ＳａｍｐｌｅＣ展現(xiàn)出最佳的循環(huán)性能。對于ＳａｍｐｌｅＤ，二次包覆處理量達到３０％瀝青裂解碳，包覆層相對較厚且表面致密，不利于電解液往材料內(nèi)部滲透，因此樣品的首次充電比容量較小，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，材料內(nèi)部的活性物質(zhì)得到活化，因此容量不斷上升并逐步平穩(wěn)，１５周循環(huán)后容量逐漸趨于穩(wěn)定。由此可以判定，適量的二次包覆對循環(huán)穩(wěn)定性的提升有幫助，而過量的二次包覆則不利于材料容量的發(fā)揮。其原因在于適量的二次瀝青包覆處理能將未包覆完全的Ｓｎ重新包覆，

ｅｓａｍｐｌｅＡ，Ｂ，ＣａｎｄＤ圖３為樣品的ＸＲＤ測試結果。Ｓｎ／Ｃ負極材料的組分主要為Ｓｎ和Ｃ，ＳａｍｐｌｅＡ、Ｂ和Ｄ具有少量的ＳｎＯ２，其特征峰強度較校結果表明，采用碳熱還原法，大部分ＳｎＯ２被還原成Ｓｎ。在ＳａｍｐｌｅＣ二次包覆處理過程中，ＳｎＯ２被徹底還原，因此Ｓｎ的特征峰最為明顯。對于ＳａｍｐｌｅＤ，Ｓｎ的特征峰明顯變?nèi)�，說明當外包覆層厚度達到一定的程度時，Ｓｎ被緊密包裹，Ｘ射線衍射變?nèi)�。圖３ＸＲＤ物相結構測試結果Ｆｉｇ．３ＸＲＤｐｈａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ圖４為ＳａｍｐｌｅＡ和ＳａｍｐｌｅＢ的充放電比容量曲線。由結果可知，ＳａｍｐｌｅＡ的容量發(fā)揮高于ＳａｍｐｌｅＢ，且循環(huán)性能優(yōu)于ＳａｍｐｌｅＢ。ＳａｍｐｌｅＡ首次放電比容量為８７４．５ｍＡｈ／ｇ，首次充電比容量為４２８．１ｍＡｈ／ｇ，與第１０周的充電比容量最大值相比，４０周循環(huán)的充電比容量保持率為８８．５％，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。結合ＳＥＭ表面形貌測試結果分析，由于改性天然石墨的球狀形狀及粗糙表面，以其為內(nèi)核能實現(xiàn)對Ｓｎ金屬顆粒的更有效分散，利于Ｓｎ的容量發(fā)揮。另外Ｓａｍ－ｐｌｅＡ的結構基本達到了目標產(chǎn)物的結構，在充放電過程中能為Ｓｎ的體積膨脹預留空間，且能有效阻礙Ｓｎ的進一步團聚，使ＳａｍｐｌｅＡ發(fā)揮出較好的綜合性能。因此，Ｓｎ的有效分散對Ｓｎ基負極材料的容量發(fā)揮起重要作用。圖４ＳａｍｐｌｅＡ和ＳａｍｐｌｅＢ的充（ａ）放（ｂ）電比容量曲線Ｆｉｇ．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池錫薄膜負極材料研究現(xiàn)狀[J]. 余洪文,胡社軍,侯賢華,李偉善.  電池. 2008(04)
[2]Li-Sn合金負極材料的嵌脫鋰機理研究[J]. 侯賢華,胡社軍,李偉善,趙靈智,余洪文,譚春林.  物理學報. 2008(04)



本文編號：3324407