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基本信息

項(xiàng)目名稱：
納微晶核殼結(jié)構(gòu)SnNi合金儲(chǔ)鋰材料合成及電化學(xué)性能研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
針對(duì)鋰離子電池負(fù)極存在的缺陷進(jìn)行合金材料的改進(jìn)，采用高溫固相還原法，合成電池負(fù)極材料Sn-Ni合金并對(duì)材料進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)性能研究。結(jié)果表現(xiàn)出很好的電化學(xué)循環(huán)性能，和較高的容量。
詳細(xì)介紹：
隨著能源的不斷緊缺和環(huán)境污染加劇，研究和開發(fā)高性能的鋰離子電池成為解決能源問題的有效手段之一，然而在大量的鋰離子電池備選負(fù)極材料中，Sn基材料由于具有較高的的理論比容量、較大的壓實(shí)密度和較安全的電壓而成為研究的熱點(diǎn)之一。然而，合金負(fù)極最大的問題在于充放電過程中產(chǎn)生的嚴(yán)重體積膨脹效應(yīng)，該效應(yīng)能導(dǎo)致電極材料粉化，降低電池的循環(huán)壽命。本研究針對(duì)錫基負(fù)極材料存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，在單質(zhì)錫中引入延展性較好的單質(zhì)鎳以增加錫的延展性和抗粉化能力。采用高溫固相法合成納微晶核殼結(jié)構(gòu)Sn-Ni合金儲(chǔ)鋰材料，并對(duì)合成的材料用X射線衍射儀（XRD）、電鏡掃描（SEM）、透射電鏡掃描(TEM)對(duì)樣品進(jìn)行組成和形貌分析，并對(duì)材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明材料的納微晶核殼結(jié)構(gòu)可以減小合金的比表面積，降低表面雜質(zhì)、緩沖電極體積膨脹，增強(qiáng)了電化學(xué)循環(huán)性能。

作品圖片

  • 納微晶核殼結(jié)構(gòu)SnNi合金儲(chǔ)鋰材料合成及電化學(xué)性能研究
  • 納微晶核殼結(jié)構(gòu)SnNi合金儲(chǔ)鋰材料合成及電化學(xué)性能研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

鋰離子電池存在嚴(yán)重的體積膨脹效應(yīng)，這會(huì)降低鋰離子電池的循環(huán)壽命，為了解決這個(gè)問題我們引入了惰性金屬鎳，Ni質(zhì)地較軟、延展性較好，將Ni與Sn合金化制備成活性/惰性SnNi合金電極，可以緩沖由于活性物質(zhì)的體積變化而帶來的機(jī)械應(yīng)力，防止電極粉化。本研究采用碳熱還原法合成Sn-Ni合金鋰離子電池負(fù)極材料，并對(duì)其電化學(xué)性能展開研究。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

我們采用固相法合成納微晶核殼結(jié)構(gòu)Sn-Ni合金，該結(jié)構(gòu)可以減小合金粉體的比表面積，減低表面雜質(zhì)、緩沖合金電極的體積膨脹，有效的改善體積膨脹和首次不可逆容量大的問題。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

鋰離子電池是20世紀(jì)70年代以后發(fā)展起來的一種新型儲(chǔ)能電池。由于具有高能量、長(zhǎng)壽命、低消耗、無公害、物記憶效應(yīng)以及自放電小，內(nèi)阻小、性價(jià)比高、污染少等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池在逐步應(yīng)用中已顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、航天等各領(lǐng)域。我們的研究致力于提高電池容量，提高電池循環(huán)性能。

學(xué)術(shù)論文摘要

隨著能源的不斷緊缺和環(huán)境污染加劇，研究和開發(fā)高性能的鋰離子電池成為決能源問題的有效手段之一，而在大量的鋰離子電池備選負(fù)極材料中，Sn基材料由于具有較高的的理論比容量、較大的壓實(shí)密度和較安全的電壓而成為研究的熱點(diǎn)之一。然而，合金負(fù)極最大的問題在于充放電過程中產(chǎn)生的嚴(yán)重體積膨脹效應(yīng)，該效應(yīng)能導(dǎo)致電極材料粉化，降低循環(huán)壽命。本研究針對(duì)錫負(fù)極存在的缺陷進(jìn)行錫基材料的改進(jìn)，在單質(zhì)錫中引入單質(zhì)鎳以增加錫的延展性和抗粉化能力。采用固相法合成具有疏松結(jié)構(gòu)的、微米級(jí)球形Sn-Ni合金粉體，該結(jié)構(gòu)可以減小合金粉體的比表面積，減低表面雜質(zhì)、緩沖合金電極的體積膨脹。合成的材料用X射線衍射儀（XRD）和電鏡掃描（SEM）進(jìn)行樣品的組成和形貌分析,發(fā)現(xiàn)固相900oC時(shí)合成的Sn2Ni合金具有較好的性質(zhì)，合金粉體無論從組成和形貌上又較Sn3Ni 和SnNi更為良好。

獲獎(jiǎng)情況

2011年05月30日在云南省第六屆科技學(xué)術(shù)節(jié)參加比賽獲得三等獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

袁慶豐等采用濕化學(xué)法制備了Sn?Ni 超細(xì)粉體粒子，在經(jīng)過球磨后得到微米級(jí)雙相Sn/Ni3Sn4 合金. 對(duì)材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，合金有很好的首次庫(kù)侖效率以及理想的首次充放電容量. Ma等[19]采用液相還原混合法將SnNi沉積在中間微碳球（CMS）上，制備出SnNi－CMS負(fù)極材料。首次放電容量達(dá)到400mAh/g，循環(huán)10次后衰減為320 mAh/g。 采用高能球磨法制備的納米晶Ni3Sn2 合金,進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試首次放電容量為1520mAh/g ,超過了Ni3Sn2 的理論容量,原因可能在于納米晶粒的大量晶界可以容納更多的鋰。但是這種材料的循環(huán)性能很差,40 次循環(huán)后容量?jī)H有35mAh/g ,氬氣氣氛下1000℃、10h 熱處理后,材料的首次放電容量為590mAh/g ,40 次循環(huán)的可逆容量245mAh/g。董全峰等[21]制備出的晶態(tài)和非晶態(tài)??錫鎳合金的形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能區(qū)別很大。非晶態(tài)合金盡管首次放電容量達(dá)800 mAh/g,但電化學(xué)性能不理想。X.Q.Cheng等用球磨法制備出Ni3Sn4合金，并在合金上化學(xué)鍍Cu。表面未鍍Cu 的Ni3Sn4合金在前30 次充放電循環(huán)中較穩(wěn)定， 其放電容量維持在200～240mAh/g，但是放電容量超過30次后循環(huán)后迅速下降. 穆道斌等采用電沉積法制備的錫鎳合金最大放電容量為517mA?h/g,前20次充放電效率基本在92%以上。
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