基于磁控溅射技术Sn基薄膜负极材料可控制备及电化学性能研究
锂离子电池凭借其高电位、无污染、高比容量等优点已经成为能源应用发展的热点。但是目前商业化的碳负极材料因为其较低的比容量制约了其进一步发展。Sn基负极材料理论质量比容量可达到997 mAh g-1，是传统碳负极材料的两倍，体积比容量高达7200 mAh cm-3，具有良好的产业化前景，已成为当前新型锂离子电池负极材料的研发热点。 本论文主要制备了如下四种复合薄膜材料，并对其性能进行了研究： （1）Sn-Cu复合薄膜。控制Sn靶材的溅射功率不变，不断调整Cu靶的功率。利用磁控溅射方法制备的薄膜，组分分布致密、均匀，无堆积团聚现象。探索发现，Sn靶40 W，Cu靶25 W为最佳的溅射功率。得到的薄膜材料在循环性能及倍率性能方面得到了改善。0.2C电流密度循环100周后，容量保持率为52.1%；在1 C时容量保持率可以达到82.8%，充电比容量为540 mAh g-1。这表明复合薄膜材料在大倍率电流密度充放电的情况下仍能有效地脱嵌Li+。 （2）Sn-Ni复合薄膜。对制备的薄膜材料尽进行了一系列的测试表明，Ni的加入改善了材料的循环稳定性能。其中，Sn-Ni（40 W-80 W）组材料，150周循环充放电测试容量保持率为45.6%，明显改善了纯Sn材料的循环稳定性。Ni的功率不宜过高，溅射功率过高会导致材料的比容量损失过多。Ni靶的溅射功率设置为80 W最合适。 （3）Sn-Ti复合薄膜。探究溅射功率和溅射时间对复合薄膜材料的影响发现，Ti靶的溅射功率过高、沉积时间过长都会使薄膜材料的比容量下降。以Sn靶直流40 W、Ti靶60 W射频溅射5 min，得到的复合材料的循环性能和倍率性能均得到了非常明显的改善。循环50周后仍能保持700 mAh g-1的比容量，容量保持率将近100%；倍率性能方面在1C时容量保持率可以达到91%充电容量为600 mAh g-1，这表明复合薄膜材料在大倍率电流密度充放电的情况下仍能保持较小的体积变化，在回到0.2 C电流密度时充电容量为707 mAh g-1。在充放电的过程中，Sn材料的脱落、粉化现象得到了改善，结构基本保持完整。 （4）Sn-Al-Ti三元复合薄膜。Sn-Al-Ti三元复合薄膜材料首周充电容量为840 mAh g-1，首次充放电效率为91.2%；在6000 mAh g-1的充放电电流下仍能保持600 mAh g-1的充电比容量，在20 C大电流密度充放电循环6周后回到0.2 C电流密度充电比容量仍可以达到610 mAh g-1，循环120周后可保持694 mAh g-1的充电比容量，保持率达82%。
微型薄膜电池;Sn基负极材料;磁控溅射;溅射功率
安庆师范大学
硕士
无机化学
白国梁;王钧伟
2019
中文
TM912;TB383
2019-11-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）