磁控溅射制备锡薄膜锂离子电池负极材料及其电化学性能研究

【摘要】锡基负极材料相比其它负极材料而言具有诸多优点，例如高容量(992mAhg-1)、对电解液选择限制少等，引起了人们的广泛关注。本文采用磁控溅射法合成了Sn金属薄膜，以此材料为锂离子电池负极，研究了其电化学性能。通过调节磁控溅射时间，制备了由不同粒径Sn粒子组成的Sn薄膜材料。研究表明：磁控溅射时间为10分钟，薄膜表面Sn粒径为25-150nm的Sn薄膜负极材料性能最佳，经过50次循环后，放电容量仍能保持在420mAhg-1。为进一步研究锡在充放电过程中的体积过程，对循环不同圈数后的电池进行拆解，采用扫描电子显微镜(SEM)技术揭示了Sn在充放电过程中经历膨胀、破裂和粉化的体积变化过程，使其导电性能下降，电池循环性能也显著降低。为改善导电性能，在循环30圈后的电极表面磁控溅射一层导电体(铜或碳)，对电极进行改性。电池性能结果显示：引入导电体(铜或碳)后，电池的电化学性能得到较大提高，循环50次后，放电容量分别为520mAhg-1(铜)、550mAhg-1(碳)。采用煅烧法制备了Sn-Cu合金。实验结果表明：制备得到的Sn-Cu合金为Cu3Sn相，其中煅烧条件为200℃，2小时的样品循环性能最佳，充放电50圈后容量仍能保持467mAhg-1，高于原磁控溅射法制备的锡薄膜循环50圈之后的容量(420mAhg-1)。
【作者】吴梦；
【导师】周群；
【作者基本信息】苏州大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】锡；Sn-Cu合金；磁控溅射；导电性；锂离子电池；

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