新型高稳定性SnSb基核壳负极材料的设计与嵌锂性能研究

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锂离子电池因其具有高电压、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点,得到日益广泛的应用。目前商用的锂电负极材料主要采用石墨类碳材料,但其低的储锂能力(Li6C,372mAh/g),极大限制了动力型锂离子电池的应用。为了研发新型锂离子电池,人们逐渐把目标转向硅、金属氧化物、金属及合金等材料上。其中,合金类材料由于具有高的体积和质量能量密度,成为目前很有前景的负极材料之一。而在众多合金材料中,SnSb合金材料备受关注。该合金中两种金属都具有储锂活性(锡理论比容量为994mAh/g,锑的理论比容量为660mAh/g),且它们与Li化合的电化学电位不同,作为负极材料在充放电过程中可以实现与Li的分步化合,未反应相起到分散、缓冲反应相所产生应力的作用,从而能够在一定程度上提高电极的循环性能。然而,SnSb合金材料在多次充放电过程中易发生体积膨胀而引起循环性能变差,限制了其进一步发展。因而对SnSb基合金进行必要的改性,以减缓或抑制嵌脱锂时的巨大体积变化,改善其循环性能,成为当前急需解决的关键问题。目前SnSb基常见的改性研究主要集中在将SnSb合金材料与碳材料复合或与非活性金属如Cu、Co等材料复合。已有研究表明,在减小合金颗粒尺度的基础上,与碳材料进行包覆、镶嵌及掺杂,利用碳材料循环稳定性高、导电性好的特点,将合金颗粒均匀分散,可避免材料的团聚及表面SEI膜的过量形成,从而提升电池的循环稳定性。  本文所介绍的分步复合的方法,集合了化学还原沉积和高温热碳还原两种制备SnSb/C复合材料方法的优点,制备得到了具有较高首次效率,良好循环性能和长寿命的SnSb/MCMB/C微球核壳复合材料和SnSbCu片层核壳复合材料:  (1) SnSb/MCMB/C微球核壳复合材料采用化学还原沉积法将SnSb合金与MCMB微球进行复合,然后通过高温烧结包覆法形成核壳结构,该材料具有583.4mAh/g的首次放电容量和83.52%的首次库伦效率,循环100周后,容量仍维持在433.7mAh/g,容量保持率可达到83.53%。  (2) SnSbCu片层核壳复合材料采用化学还原沉积法制备得到SnSbCu合金,通过球磨法将合金颗粒与MCMB进行复合,然后通过高温烧结包覆法制备得到片层核壳的复合材料,该材料具有530.8rnAh/g的首次放电容量和88.45%的首次库伦效率,循环100周后容量仍维持在485mAh/g,容量保持率高达93.49%。
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