● 摘要
改善电极材料是提高锂离子电池电化学性能的关键因素。目前商业化锂离子电池的负极材料主要是石墨类材料，由于受其理论比容量的限制，很难再实现突破性的提高，因此需要研究具有更高比能量密度的负极材料。金属锡因其高的理论比容量（994 mAh/g）而成为新型负极材料的研究热点。但锡基活性材料的嵌脱锂过程伴随着巨大的体积变化，从而引起导致容量的迅速下降和循环性能变差。本论文利用聚苯乙烯（PS）模板的调控作用，通过在其上沉积活性材料锡得到三维多孔锡基负极，以缓冲充放电过程中的体积变化，达到改善该类材料的电化学性能的目的。本论文主要内容包括以下几个方面：一、采用乳液聚合法制备了粒径在100nm左右的聚苯乙烯微球，并分别用浸渍--提拉法、恒温垂直沉积法、溶剂蒸发法和旋涂等方法将PS微球组装成有序的模板，讨论了不同方法对PS胶态晶体结构的影响。旋涂法最简便快捷，具有较好的调控作用，其中又以PS乳液体积密度为5 vol%、旋涂速度为500rpm时PS排列最致密且有序度比较高，可用于后续的实验制备多孔电极材料；二、采用聚苯乙烯模板法和电沉积法制备了三维多孔锡负极，通过SEM、XRD、EDS、电池充放电等测试手段比较了不同沉积电量下样品形貌结构和电化学性能的变化。沉积电量为1C得到的三维多孔锡负极，其首次可逆容量为880mAh/g，80周循环后容量保持率为57.8%，其循环性能略高于2C时的三维多孔锡负极，远远高于4C和8C通电量下制备的三维多孔锡负极；但沉积电量为1C时的锡基复合负极的倍率性能欠佳，还有待提高；三、采用聚苯乙烯模板法和电沉积法制备了三维多孔锡铜合金负极，通过SEM、XRD、电池充放电等测试手段考察了镀液成分和沉积电流对材料形貌结构和电化学性能的影响。锡铜离子比为1:1，沉积电流为20mA/cm2时得到了相对均匀的三维多孔结构；有效地缓冲了锡在充放电过程的体积效应，首次可逆容量为633 mAh/g，80周循环后容量保持率为53%，循环性能略高于其它条件时的三维合金负极。