过渡元素对Sn-Co/C基负极材料的结构和电性能的影响

论文摘要

本文采用先固相烧结再球磨的方法制备了锂离子电池Sn-Co-M/C负极复合材料。首先制备了Sn-Co/C复合材料,以考察Sn与Co的不同原子比对材料的结构和电性能的影响规律。XRD分析发现,SnCo/C和SnCo1.2/C样品为SnCo相,Sn1.2Co/C样品由SnCo和Sn2Co相共同组成,C以无定形的形式存在。电性能分析发现,Sn1.2Co/C样品具有最高的首次可逆容量和最大的首次充放电效率,分别为367mAh/g和62.2%;而SnCo/C样品具有最佳的循环性能,经过25次充放电后,容量保持了首次可逆容量的75.1%。由于SnCo/C样品具有较高的可逆容量和最佳的循环性能,因此本文优选在SnCo/C材料中添加过渡元素M（M=Ni、Fe、Cu、Cr、Ti）,以考察过渡元素对材料的结构和电性能的影响规律。XRD分析发现,添加的过渡元素以置换固溶的形式存在,所有样品都生成了SnCo相和第二相Sn2Co3或Sn2Co,其中Ni、Fe、Cu导致Sn2Co3生成,Cr、Ti导致Sn2Co生成。C以无定形的形式存在复合材料中。电性能分析发现,添加的过渡元素都使样品的首次可逆容量、首次充放电效率和循环性能提高,其中添加Cu的样品具有最高的首次可逆容量和最佳的循环性能,分别为400mAh/g和25次充放电后容量保持了首次可逆容量的90.3%。添加Fe的样品具有最大的首次充放电效率,其值为72.2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 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 锂离子电池的原理
• 1.1.3 锂离子电池的特点及运用
• 1.1.4 锂离子电池市场的现状及发展趋势
• 1.2 锂离子电池负极材料
• 1.2.1 炭负极材料
• 1.2.2 合金类负极材料
• 1.2.3 过渡金属氧化物/复合氧化物
• 1.2.4 锂过渡金属氮化物
• 1.3 锡基合金材料
• 1.3.1 锡基合金材料的概述
• 1.3.2 锡钴合金及其复合物
• 1.3.3 锡基材料的制备方法
• 1.3.4 锡基材料存在的问题及解决办法
• 1.4 本文的工作内容
• 2 实验方法与仪器
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.1.1 实验原料及试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 材料的制备与处理方法
• 2.3 材料的分析与表征
• 2.3.1 物相分析
• 2.3.2 形貌分析
• 2.3.3 电性能测试
• 3 Sn-Co/C 材料的结构和电性能
• 3.1 球磨机参数的优化
• 3.1.1 球磨参数的正交实验设计
• 3.1.2 正交实验结果的统计分析
• 3.2 Sn-Co/C 材料的制备
• 3.3 Sn-Co/C 材料的物相分析
• 3.3.1 烧结样品的物相分析
• 3.3.2 球磨样品的物相分析
• 3.4 Sn-Co/C 材料的电性能分析
• 3.4.1 样品的充放电曲线
• 3.4.2 样品的电容量
• 3.4.2 样品的循环性能
• 3.5 小结
• 4 过渡元素对材料的结构和电化学性能的影响
• 0.2/C 材料的制备'>4.1 SnCoM_0.2/C 材料的制备
• 0.2/C 材料的物相分析'>4.2 SnCoM_0.2/C 材料的物相分析
• 4.2.1 烧结样品的物相分析
• 4.2.2 球磨样品的物相分析
• 0.2/C 材料的形貌分析'>4.3 SnCoM_0.2/C 材料的形貌分析
• 4.3.1 烧结样品的形貌分析
• 4.3.2 球磨样品的形貌分析
• 0.2/C 材料的电性能分析'>4.4 SnCoM_0.2/C 材料的电性能分析
• 4.4.1 样品的充放电曲线
• 4.4.2 样品的电容量
• 4.4.3 样品的循环性能
• 4.5 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果