锂离子电池Sn-Co合金负极材料充放电性能研究

论文摘要

通过计算和实验研究了锂离子电池Sn-Co合金负极材料的充放电性能。基于固体与分子经验电子理论（简称EET理论）,定义了表征锂离子电池Sn-Co合金负极材料充放电性能的相结构因子nA、FS Dn和FS Dn-Co,采用合金相电子结构参数统计值的计算方法计算了它们的统计值nA′、FS′n D和FS′n D-Co。结果表明, nA′值的大小表征相的结构稳定性,可以用于说明合金负极的循环性能; FS′n D和FS′n D-Co分别代表了合金结构中单一Sn原子受周围原子和仅受Co原子束缚的程度,可以用于说明合金负极的储锂能力。n′A越大,Sn-Co合金循环性能就越好;F S′n D与FS′n D-Co越小,Sn-Co合金储锂能力就越强。计算结果与实验测试规律符合良好。采用机械合金化法与热处理工艺相结合制备了CoSn晶体材料,通过改变球磨助剂炭黑的加入量和球磨时间考察对CoSn晶体结构的影响,进而考察结构对充放电性能的影响。实验研究发现对于CoSn等材料而言可以通过细化晶粒来提高合金材料的可逆容量和循环性能,制备工艺条件的不同对其最终性能存在较大的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 锂离子电池简介
• 1.1.1 锂离子电池的发展过程
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.1.3 锂离子电池的特点及应用
• 1.2 锂离子电池负极材料
• 1.2.1 碳负极材料
• 1.2.2 氧化物负极材料
• 1.2.3 合金负极材料
• 1.2.4 其它负极材料
• 1.3 Sn-Co 合金负极材料
• 1.3.1 Sn-Co 合金的结构
• 1.3.2 Sn-Co 合金负极材料的研究进展
• 1.4 合金材料的制备方法
• 1.4.1 固相法
• 1.4.2 液相合成法
• 1.4.3 气相法
• 1.5 合金负极材料存在的问题及解决办法
• 1.6 固体与分子经验电子理论及其在合金研究上的应用进展
• 1.6.1 固体与分子经验电子理论的产生
• 1.6.2 余氏理论的基本假设
• 1.6.3 价电子结构的计算方法—键距差方法（BLD）
• 1.6.4 EET 在合金研究上的应用与进展
• 1.7 本研究工作的目的及内容
• 2 电子结构对 Sn-Co 合金充放电性能影响的计算分析
• 2.1 引言
• 2.2 表征 Sn-Co 合金充放电性能的电子结构参数
• 2.2.1 表征 Sn-Co 合金循环性能的电子结构参数
• 2.2.2 表征 Sn-Co 合金储锂能力的电子结构参数
• 2.2.3 Sn-Co 合金电子结构参数的统计值的定义
• 2.3 Sn-Co 合金价电子结构的计算
• 2 价电子结构的计算'>2.3.1 CoSn₂价电子结构的计算
• 2.3.2 CoSn 价电子结构的计算
• 3Sn₂ 价电子结构的计算'>2.3.3 Co₃Sn₂价电子结构的计算
• 2.4 Sn-Co 合金电子结构参数的统计值
• 2.5 Sn-Co 合金充放电性能变化规律的分析
• 2.5.1 Sn-Co 合金的循环性能和储锂能力
• 2.5.2 利用Sn-Co 合金的电子结构参数对循环性能和储锂能力的分析
• 2.6 本章小结
• 3 晶体结构对 CoSn 充放电性能影响的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及方法
• 3.2.1 原料及设备
• 3.2.2 CoSn 的制备工艺
• 3.2.3 CoSn 结构的分析与表征
• 3.2.4 CoSn 充放电性能的测试
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 炭黑添加量对 CoSn 晶体结构的影响
• 3.3.2 不同炭黑添加量样品的充放电性能
• 3.3.3 球磨时间对CoSn 晶体结构的影响
• 3.3.4 球磨时间对CoSn 充放电性能的影响
• 3.3.5 晶体结构对充放电性能影响的综合分析
• 3.4 本章小结
• 4 结论
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 参考文献