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石化能源的使用会排放大量CO2,带来全球变暖等问题,引起了人们对能源与环境问题的关注。因此,寻找新型能源显得极为迫切。在新型能源中,锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、自放电小等特点,是很有前景的一类能源资源。锂离子电池目前主要应用于手机、数码相机、笔记本电脑等便携式移动电子产品。如今,智能电网、电动汽车对锂离子电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池的性能与正负极电极材料的性质密切相关,电极材料的结构、形貌对电化学性能有很大的影响。合成有特殊微纳结构的材料是开发新型锂离子电池材料的一种途径。Cu-Sn合金在一定程度上可以缓解充放电过程中的材料的体积膨胀,而且具有结构稳定、比容量高的特点,因此被广泛研究用于锂离子电池的负极材料。Cu-Sn合金的电化学活性相为Cu6Sn5,制备微/纳米级别的Cu6Sn5合金可能是提升其容量的有效手段。针对上述背景,本文用恒电流沉积法制备了特殊微/纳形貌的Cu-Sn合金,旨在将纳米材料与Cu-Sn合金的优势相结合,以得到性能良好的锂离子电池负极材料。论文研究结果如下:
(1)以SnCl2、CuCl2为原料,NH4NO3为添加剂,采用恒电流电沉积法,通过改变盐酸浓度、电流密度、沉积时间,制备了枝晶、松枝、颗粒形貌的Cu-Sn合金。
(2)SEM结果表明,枝晶、松枝形貌样品的结构是微米尺度的,颗粒形貌的样品是纳米尺度的。XRD结果显示,枝晶、松枝、颗粒形貌的Cu-Sn合金均为Cu6Sn5相。EDS结果表明,三种形貌的锡铜原子比以松枝、枝晶、颗粒形貌的顺序递减。
(3)枝晶、松枝、颗粒形貌Cu-Sn合金的充放电结果表明,三种形貌的Cu-Sn合金首次不可逆容量均较大,第二圈开始放电比容量大小排序为:枝晶>松枝>颗粒。锂离子在枝晶形貌、松枝形貌、颗粒形貌中的扩散系数DLi分别为3.2×10-8cm2·s-1、1.3×10-8cm2·s-1和8.2×10-9cm2·s-1。