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某些锑、铋基金属间化合物的嵌锂特性研究

张丽娟  
【摘要】: 信息技术的发展促进了社会对高容量、长寿命二次电池的需求。本文着眼于 此,制备了若干锂离子电池负极用新型金属间化合物,研究了其电化学性能和吸放 锂机制,并通过改性进一步提高了材料的电化学性能。 通过真空熔炼及退火处理方法得到了两种结构的CoSb_3合金。研究发现,具有 单相结构的CoSb_3首次可逆容量超过570mAhg~(-1),第10个循环时保持在400mAhg~(-1) 左右,性能优于未经退火处理的多相合金CoSb_3。非原位XRD研究表明,首次放电 过程中金属锑化物不可逆分解,后续循环中以Sb作为活性中心可逆储锂。此外还 从粒子尺寸及充放电电压限两个方面分析了影响单相CoSb_3电极充放电性能的因素 并通过恒电流间歇滴定技术得到Li~+在固体电极CoSb_3中的化学扩散系数D_(Li)的数量 级约为10~(-12)cm~2s~(-1)。添加碳纳米管CNT和微碳球MCMB对单相CoSb_3进行改性发 现,加入MCMB得到的CoSb_3-MCMB首次可逆容量为715mAhg~(-1),第20个循环时 可逆容量还保持在529mAhg~(-1)左右,可逆容量及循环寿命均有提高。加入碳纳米管 的CoSb_3-CNT效果则不明显。采用TEM技术研究了两种改性材料的微观结构并对 其改性作用进行了分析。 通过真空熔炼方法和机械合金化方法分别得到多相合金CoFe_3Sb_(12)和FeSb_2。发 现,FeSb_2的容量保持性能优于CoFe_3Sb_(12),在第10个循环时CoFe_3Sb_(12)的容量保持 率在50%左右,而FeSb_2的容量保持率在70%以上。非原位XRD方法研究表明, CoFe_3Sb_(12)电极在首次放电(嵌锂)过程中存在拓扑反应和重构反应两个过程。采用 交流阻抗方法研究了Li~+在CoFe_3Sb_(12)电极中的扩散系数D_(Li)。。 采用机械共混法得到了Bi_2Te_3/聚苯胺无机有机混杂材料。首次可逆容量约为 476mAhg~(-1),10次循环时容量保持在280mAhg~(-1)以上。非原位XRD方法研究表 明,Bi_2Te_3在首次放电时不可逆分解,生成的Bi和Te作为活性中心在后续循环中 可逆的与Li化合。限制电压限可以显著提高其容量保持率。 化学气相沉积方法(CVD)制备的碳硅复合材料在容量上比天然石墨略有提高 且循环性能良好。


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