● 摘要
摘 要
相比于普通蓄电池，锂离子电池具有高的能量密度、高的功率密度、循环寿命长以及使用温度范围宽等优点，在便携式电子设备、电动汽车和航空航天等领域逐步得到了广泛的应用。简单来讲，锂离子电池的主要构成部分有：正极、负极、隔膜、电解液、集流体等。这些构成部分固有的性能决定了锂离子电池的性能优劣。而其中负极材料作为关键组分对锂电池的整体性能起着举足轻重的影响作用。因此，研究高电化学性能参数的锂离子电池负极材料，在锂离子电池领域受到了广泛关注。商用的锂离子电池采用石墨碳材料作为负极，但是受限于碳的理论容量只有372 mA·h·g-1，导致成品电池的总体容量不高。碳负载金属类负极复合材料，在具备金属比容量高、导电性良好的同时，也得益于碳材料对金属在充放电过程中体积膨胀的缓冲作用，使材料的整体性能得到提升，是一种非常有潜力的锂电池负极材料。
本文介绍了锂电池负极材料的研究进展，同时制备了纳米硅/碳微球复合材料和二氧化锡/碳复合碳包覆材料，然后制备成电池极片，进一步组装成CR2032纽扣电池，研究了其电化学性能。用XRD、SEM、TEM等表征方法对材料的组成和形貌结构进行表征。采用恒电流充放电、CV测试等电化学表征方法对材料的电化学性质进行表征，主要研究结果如下：
1、利用甲醛和2，4-二羟基苯甲酸之间缩合反应，加入一定量的非离子表面活性剂聚（乙二醇-丙二醇-乙二醇）(F108)三嵌段聚合物，少量L-赖氨酸作为催化剂，添加纳米硅颗粒，然后通过水洗处理和热处理制备得到了纳米Si/C碳包覆复合微球材料。控制添加纳米硅的质量制备了不同样品来探究其对材料形貌及性能的影响。通过SEM图分析，复合微球的形貌较好。恒电流充放电及CV测试表明，当纳米硅含量为8%时，制备的纳米Si/C碳包覆复合微球材料的容量及循环性能最好。0.005-3.00 V电压范围内，100 mA·g-1电流密度下充放电时，首次的充电比容量为532.0 mA·h·g-1，第100圈循环的可逆容量为321.8 mA·h·g-1，容量保持率达60.5%。
2、采用化学沉淀法，并通过进一步的水热反应，制备得到纳米二氧化锡颗粒，TEM分析知纳米二氧化锡颗粒的粒径约为5 nm；利用2，4-二羟基苯甲酸和甲醛之间的缩合反应，在体系中加入纳米二氧化锡颗粒，再通过水洗处理和热处理等步骤制备了纳米SnO2/C碳包覆复合材料，控制加入的二氧化锡纳米颗粒质量制备了不同样品来探究对材料形貌及性能的影响。研究表明，当纳米二氧化锡含量为40%时，纳米SnO2/C碳包覆复合材料的电化学性能良好。0.005-3.00 V电压范围内，100 mA·g-1电流密度下充放电时，首次可逆容量为825.2 mA·h·g-1，第100圈循环的可逆容量为593.2 mA·h·g-1，容量保持率达71.9%。
关 键 词：锂离子电池；碳复合微球；纳米硅；纳米二氧化锡；负极材料
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