【摘 要】
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锡基负极材料由于具有高比容量、储量丰富、成本低等优点有希望成为下一代锂离子电池负极材料。然而,锡基材料由在脱嵌锂过程中会产生较大的体积变化,造成活性物质粉化脱落、SEI膜不断破裂形成等问题,导致锡基材料的容量迅速衰减。同时,锡基材料具有较低的首次库伦效率,也严重地阻碍了其实际应用。因此,提升锡基材料的循环稳定性和首次库伦效率,是推进锡基负极材料大规模应用的关键。本文以成本较低的氯化亚锡为原料,通过
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锡基负极材料由于具有高比容量、储量丰富、成本低等优点有希望成为下一代锂离子电池负极材料。然而,锡基材料由在脱嵌锂过程中会产生较大的体积变化,造成活性物质粉化脱落、SEI膜不断破裂形成等问题,导致锡基材料的容量迅速衰减。同时,锡基材料具有较低的首次库伦效率,也严重地阻碍了其实际应用。因此,提升锡基材料的循环稳定性和首次库伦效率,是推进锡基负极材料大规模应用的关键。本文以成本较低的氯化亚锡为原料,通过简单的酚醛树脂缩聚-热解法制备了碳包覆氧化锡(Sn Ox@C)复合材料。研究结果表明,控制热处理温度可以有效地控制产物的相组成,改善Sn Ox@C的电化学性能。当热处理温度为450℃时,Sn Ox@C的主要组成相为Sn O和少量单质Sn,具有最佳的循环稳定性。通过调节间苯二酚和甲醛的加入量,可以控制Sn Ox@C表面碳包覆层的厚度,合适的碳层厚度可以有效缓解循环过程中的体积变化、稳定SEI膜。通过优化工艺参数得到的80-Sn Ox@C与金属锂组装半电池,在1 A g-1的电流密度下经过300次循环后可以保持804.1 m Ah g-1的高比容量,容量保持率可达94.1%。在倍率性能方面,80-Sn Ox@C在5 A g-1的高倍率下容量仍可保持642.2 m Ah g-1。为了补偿Sn Ox@C首圈的不可逆容量损失,提高Sn Ox@C的首次库伦效率,本文采用电化学锂化和化学预锂化两种方法对Sn Ox@C进行了预补锂。首先,通过类似电池的形式以金属锂为对电极对Sn Ox@C进行了电化学预锂化。随着电化学预锂化时间的延长,electro-Li-Sn Ox@C的首次库伦效率逐渐增加,通过7 h的电化学锂化即可使Sn Ox@C的首次库伦效率提高到100%以上。将电化学锂化后的electro-Li-Sn Ox@C与磷酸铁锂正极组装全电池,在2C的电流密度下经过80次循环仍可保持105.1 m Ah g-1的比容量。此外,将Sn Ox@C极片浸泡在1 mol L-1的Li-4,4’-dimethyl BP/DME溶液中实现了化学预锂化。随着反应时间的增加锂化程度逐渐增加,在预锂化时间为20 min时达到了饱和锂化程度,锂化后的首次库伦效率达到了224.86%。将化学预锂化后的chem-Li-Sn Ox@C与磷酸铁锂正极组装全电池,在2 C的电流密度下具有107.7 m Ah g-1的可逆容量,经过80次循环后容量保持率为91.06%。
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