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《复旦大学》 2010年
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用于锂离子电池的锡基纳米结构电极的研究

姜冬冬  
【摘要】: 随着便携式电子设备、电动汽车、可植入医疗设备对电池性能要求的不断提高,开发高容量、长寿命的电池越来越迫切。锂离子电池的整体性能主要取决于电池材料,所以开发新型的电池材料是提高电池性能的关键。目前,商品化的锂离子电池负极主要采用石墨材料,而石墨负极材料的理论比容量并不高(只有372mAh/g)。锡作为锂离子电池负极材料具有低的充放电电位和高的理论比容量而受到广泛的关注。它的理论比容量为994mAh/g,几乎是石墨的三倍,但是锡的应用却受到很大的限制,因为锡与锂合金化过程中,体积膨胀率很大(超过360%),引起电极材料的粉化和电接触变坏,进而导致容量急剧衰减。 为了改善锡用作锂离子电池负极材料的循环性能,必须对电极结构进行改进。人们对锡合金用作锂离子电池负极材料进行了广泛的研究。相对于纯锡,这些合金材料具有更好的循环性能和更长的循环寿命,但是经过较长的充放电循环后,容量还是会急剧衰减。 与薄膜和体状材料相比,使用三维纳米棒阵列结构电极能有效改善电池的循环性能和倍率性能,这一点已从人们制备出的Si, SnO2, Co3O4, TiO2等纳米棒结构电极得到证实。 本课题通过氧化铝模板辅助生长方法制备了用于锂离子电池的锡基纳米棒阵列电极。通过扫描电子显微镜,能谱色散X射线分析,X射线衍射分析等手段对锡基纳米棒电极进行了形貌和成份表征。扫描电子显微镜观察显示铜集流体表面均匀分布着锡基纳米棒阵列,纳米棒平均直径约250 nm。通过循环伏安和恒流充放电方法对锡基纳米棒电极的电化学性能进行了表征,结果表明使用锡镍合金纳米棒阵列结构电极得到了良好的倍率性能和循环性能。 课题首先对纯锡纳米棒阵列电极进行了研究。相对锡平面薄膜电极,锡纳米棒阵列电极表现出更好的循环性能和倍率性能。电化学性能的提高可能是由我们设计的三维纳米棒阵列电极结构所致。锡纳米棒阵列电极具有短的锂离子扩散路径,与电解质有大的接触界面,物质传输、电荷传输迅速,可以减小极化,提高充放电倍率,也提高了活性材料利用率。另外,锡纳米棒阵列电极能够在一定程度上缓冲金属锡负极材料与锂合金化过程中引起的体积膨胀。但是,锡纳米棒电极循环性能的提高是相当有限的,10次充放电循环以后,锡纳米棒电极的容量出现大幅度的剧烈衰减。 然后我们对锡镍合金纳米棒阵列电极进行了研究。相对锡镍合金平面薄膜电极,纯锡平面薄膜电极和纯锡纳米棒阵列电极,锡镍合金纳米棒电极表现出更好的循环性能和倍率性能。三维纳米棒阵列结构可以很好的缓冲锡基材料在充放电过程中大的体积变化,改善循环性能。另外,锡镍合金中的非活性相镍可以对活性相锡起到分散缓冲的作用,一定程度上能提高锡基材料的循环性能。 最后,我们研究了锡含量对锡镍合金电极电化学性能的影响。结果显示,30次循环内,锡含量为30%的锡镍合金纳米棒阵列电极表现出比较好的综合电化学性能。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM912

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 苏树发,曹高劭,赵新兵;金属锑薄膜用作锂离子电池负极的研究[J];稀有金属材料与工程;2005年03期
2 尹鸽平,王庆,程新群,史鹏飞;锂离子电池新型负极材料的研究进展[J];电池;1999年06期
3 唐致远,潘丽珠,刘春燕;锂离子电池石墨负极材料表面镍包覆[J];电池;2002年04期
4 黄峰,周运鸿,袁正勇,孙聚堂;锂离子电池锡负极材料研究进展[J];电池;2002年05期
5 李泓,李晶泽,师丽红,朱广言,陈锓,卢威,黄学杰,陈立泉;锂离子电池纳米材料研究[J];电化学;2000年02期
6 吴国涛,王春生,齐仲甫,李文铸;巴基管嵌锂电极性能的研究[J];电化学;1998年03期
7 郑妙生,宋怀河,章颂云,陈晓红;Sn/C复合材料的制备及其电化学性能[J];电源技术;2004年06期
8 舒杰,程新群,史鹏飞,马少斌;Cu-Sn-Sb三元复合电极的电化学性能研究[J];电源技术;2005年05期
9 吕成学,褚嘉宜,翟玉春,田彦文;锂离子电池锡基复合氧化物负极材料的研究[J];分子科学学报;2004年04期
10 蒲薇华,任建国,万春荣,杜志明;电沉积制备的锂离子电池Sn-Cu合金负极及性能研究[J];无机材料学报;2004年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵俊飞;吴科能;;锂离子电池无水电解质锂盐的研究进展[J];合肥师范学院学报;2011年03期
2 杨晨戈;马国;田学刚;程贺;张大伟;;电化学沉积合成锡钴合金薄膜电极及其作为锂离子电池负极材料的研究[J];安徽化工;2011年05期
3 胡卫强;陈晓红;宋怀河;;纳米二氧化锡的改性及锡/碳复合微球的制备[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年06期
4 程小爱;曹晓燕;张慧玲;王佳;;石墨表面金属化处理及检测[J];表面技术;2006年03期
5 王洪玲;贺红梅;杜丽;张燕茹;马淑兰;杨晓晶;;不同Li/Mn摩尔比尖晶石型锰酸锂中锂离子的酸处理抽出[J];北京师范大学学报(自然科学版);2010年01期
6 欧方明;;锂离子电池安全性设计[J];船电技术;2011年11期
7 吕成学;;锂离子电池负极材料SnFe合金的研究[J];材料导报;2006年S1期
8 陈西知;吴秋芳;马新胜;;纳米材料在锂电池正极材料中应用的研究进展[J];材料导报;2010年21期
9 吕成学;杨瑞芹;刘铁兵;;Pb-Sn复合粉作为锂离子电池负极材料的研究[J];材料导报;2010年22期
10 杨绍斌;刘远鹏;;锂离子电池硅基负极材料研究进展[J];材料导报;2011年17期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金朝庆;谢凯;洪晓斌;;Li-Nafion的分子模拟——论证Li-Nafion在锂离子电池中应用的可能性[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
2 陆志刚;刘怡;雷金勇;陈满;陈磊;李达;;电池储能在电力系统应用和技术经济分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年
3 秦红莲;唐致远;马莉;;LiV_3O_8正极材料的合成及电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
4 张万红;岳敏;王涛;;锂离子电池氧化锌包覆高电位正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
5 肖志平;王英;唐仁衡;肖方明;;锂离子电池新型负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究现状与进展[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
6 梁亮;王玮;吴惠康;房晶瑞;鲍玉胜;;聚合物电解质的研究与进展[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(4)[C];2007年
7 陈月明;李浩;麻小挺;朱宝库;张诚;;锂离子电池用PVDF/硅油共混隔膜制备及性能[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
8 贾国凤;李法强;彭正军;杨雷雷;李世友;;锂二次电池电解质锂盐LiODFB的热分解研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
9 李新禄;王皓;宋宏芳;杜坤;刘佳;柳红东;张育新;黄佳木;;固相法制备尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
10 周震涛;赵慧峰;张焰峰;;纳米碳管在锂离子电池中的应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林俊;串联动力蓄电池均衡充电技术的研究[D];浙江理工大学;2010年
2 李艳;锌镍电池电极材料氧化锌纳米化与表面包覆及其电化学性能[D];浙江理工大学;2010年
3 张金歌;负极材料Li_4Ti_5O_(12)制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
4 李强;Fe对Sn_xCo_y/C负极材料的结构和电性能的影响[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 徐乐;树脂炭包覆微晶石墨作锂离子电池负极材料研究[D];长沙理工大学;2010年
6 朱伟;熔盐法制备LiFePO_4锂离子电池正极材料的研究[D];长沙理工大学;2010年
7 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
8 胡时光;聚阴离子型正极材料LiFePO_4/C、Li_2FeSiO_4/C的制备及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 占孝云;聚苯乙烯模板法制备锂离子电池材料及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
10 程承;水性锂离子电池负极材料的研究[D];湘潭大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张丽芳,刘金玲,任宝林;化学镀镍碳纤维结构与性能研究[J];材料导报;1995年06期
2 蒋小兵,赵新兵,张丽娟,曹高劭,周邦昌,邬正泰;MSb_2型金属间化合物作为锂离子电池负极材料的研究[J];材料科学与工程;2001年01期
3 谢健,赵新兵,曹高劭,赵明坚;新型锂离子电池负极材料NiSb_2的研究(英文)[J];稀有金属材料与工程;2003年04期
4 苏树发,曹高劭,赵新兵;金属锑薄膜用作锂离子电池负极的研究[J];稀有金属材料与工程;2005年03期
5 钟俊辉;锂离子电池及其材料[J];电池;1996年02期
6 李春鸿;锂离子二次电池用碳负极材料[J];电池;1998年03期
7 唐致远,潘丽珠,刘春燕;锂离子电池石墨负极材料表面镍包覆[J];电池;2002年04期
8 孙杨正,廖小珍,马紫峰;锂离子电池硅基负极材料研究进展[J];电池;2004年03期
9 陈召勇,胡国荣,肖劲,刘业翔;第12届国际锂电池会议评述[J];电池;2004年04期
10 吕成学,褚嘉宜,翟玉春,田彦文;锂离子电池氧化物负极材料的研究[J];东北大学学报;2004年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄元乔;;电极材料Li_aNi_(0.7)Co_(0.3)O_2的合成及电化学性质[J];湖北第二师范学院学报;2009年02期
2 夏君磊;赵世玺;周振平;张仁刚;刘韩星;;锂离子电池电极材料的设计方法及应用[J];材料导报;2001年09期
3 杨立,王保峰,邱亚丽;锂离子电池的安全性及其原位测定[J];科学通报;2005年17期
4 郑洪河;;锂离子电池研究与发展的最新态势——第215届电化学会议评述[J];电池;2009年03期
5 黄震雷;应皆荣;孙莞柠;姜长印;万春荣;;锂离子电池含硫无机电极材料研究进展[J];稀有金属材料与工程;2010年01期
6 陈宗海;秦燕;;动力锂电池的研发现状——第一届动力锂电池国际会议评述[J];电池;2008年05期
7 苏力宏;乔生儒;肖军;黄英;;锂离子电池的发展趋势[J];电源技术应用;2004年02期
8 许梦清;邢丽丹;李伟善;;锂离子电池界面膜形成功能分子的研究现状[J];化学进展;2009年10期
9 宁林坚;王玲治;方世璧;;用于锂离子电池负极材料的锡/碳复合材料研究[J];高分子学报;2008年09期
10 胡邦成;锰在锂离子电池电极材料中的应用[J];中国锰业;1999年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 欧阳楚英;施思齐;陈立泉;;锂离子电池氧化物电极材料离子动力学研究进展[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
2 许江枫;李建玲;付旭涛;王新东;;电极材料Li_4Ti_5O_(12)的性质及研究进展[A];2006年全国冶金物理化学学术会议论文集[C];2006年
3 李秀梅;杨文胜;DavidG.Evans;段雪;;锂离子电池层柱结构Li_(1-2x)A_(Ex)CoO_2(A_E=Ca、Mg)电极材料的熔盐离子交换法制备及表征[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
4 褚君尉;李晟;詹星月;王连邦;马淳安;;锂离子电池锡合金材料的制备及性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
5 刘国强;曾潮流;杨柯;;锂离子电池钒系正极材料的研究概况[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 姚晓林;陈春华;;提高锂离子电池安全性的电解液添加剂探索[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
7 周新文;张季平;刘浩文;郭光辉;雷太鸣;张克立;;LiFePO_4/C的合成及其电化学性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
8 冯祥明;郑金云;;含磷阻燃剂在锂离子电池中应用研究[A];第七届全国磷化学化工暨第四届海峡化学生物学、生物技术与医药发展讨论会论文集[C];2006年
9 杨军;姚文俐;郑颖;徐欣欣;王久林;;锂离子电池高容量合金复合负极材料的研究新进展[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
10 柳红东;黄佳木;李新禄;刘佳;张育新;;锂离子电池SnO_2/石墨烯复合负极材料的制备及其电化学性能[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 罗海基;日开发出新型锂离子电池[N];中国有色金属报;2003年
2 兴 华;劣质锂离子电池引发隐忧[N];中国质量报;2004年
3 记者 王小龙;“豆荚”复合材料可延长锂离子电池使用寿命[N];科技日报;2011年
4 本报记者 张迎增;锂离子电池:澳柯玛异军突起[N];中国高新技术产业导报;2002年
5 本报记者 纪爱玲;示范工程催生锂电池产业良机技术有待提高[N];中国高新技术产业导报;2009年
6 潘葆铸;锂离子电池设备打入日本市场[N];中国工业报;2004年
7 江苏 严拥军;锂离子电池充电器的仿制与改进[N];电子报;2004年
8 记者 李玮 通讯员 孟祥成;我市一大型锂离子电池项目获得省发改委批复[N];菏泽日报;2009年
9 记者 汪炜;2012年 上海锂电池汽车实现产业化[N];上海科技报;2009年
10 记者 刘志强;锂离子电池生产线在贵州投产[N];科技日报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏英进;锂离子电池锰基正极材料的合成与表征[D];吉林大学;2004年
2 罗文斌;Al、Mg和Mn-Mg掺杂对LiCoO_2和LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2结构、电化学和热稳定性能的影响[D];中南大学;2010年
3 禹筱元;层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2与改性尖晶石LiMn_2O_4的研究[D];中南大学;2005年
4 崔艳华;全固态薄膜锂离子电池新型电极材料的研究[D];中国工程物理研究院;2010年
5 汤宏伟;锂离子电池正极材料LiNi_(1-x)M_xO_2(M=Co,Al,Mn)的研究[D];湖南大学;2003年
6 周晓荣;电子自旋共振和质谱在化学电源研究中的应用[D];武汉大学;2004年
7 李倩文;硫化铜及钒基化合物的溶剂热合成及锂离子电池性能研究[D];中国科学技术大学;2012年
8 郭华军;锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D];中南大学;2001年
9 苏方远;基于石墨烯的锂离子电池导电网络构建及其规模化应用[D];天津大学;2012年
10 储艳秋;锂离子电池薄膜电极材料的制备及其电化学性质研究[D];复旦大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜冬冬;用于锂离子电池的锡基纳米结构电极的研究[D];复旦大学;2010年
2 牛玮;锂离子电池负极材料锡基氧化物的制备及应用研究[D];天津大学;2010年
3 颜景丹;Sn_xTi_(1-x)O_2固溶体锂离子电池负极材料的研究[D];北京化工大学;2010年
4 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
5 贺婷;锡基多元合金负极材料的电化学性能研究应用[D];华中师范大学;2011年
6 李秀梅;新型层柱结构钻酸锂电极材料的制备及性能研究[D];北京化工大学;2005年
7 仇征;新型锂离子电池负极材料钛酸锂的研究[D];上海交通大学;2010年
8 万丽娟;石墨烯的制备及其改性锂离子电池电极材料的研究[D];西北大学;2011年
9 李荣;锂离子电池锰系正极材料电子结构的量子化学DV—Xα研究[D];重庆大学;2002年
10 刘琳;锂离子电池聚合物凝胶电解质的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
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