纳米钴及锡钴合金的电化学制备及其性能研究

123456aa · 发表于 2022-4-13 20:40:25

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雅宝题库解析：
信息化技术和便携式电子设备的飞速发展对锂离子电池提出了更高的要求，其中负极材料是决定锂离子电池性能的关键，因而迫切需要开发更高质量比容量的锂离子电池新型负极材料。目前，锂离子电池商品化的负极材料主要是碳材料，其理论比容量较低。而金属锡由于具有994mAh/g的理论比容量，受到该领域研究学者的广泛关注，成为高比容量锂离子电池负极的备选材料之一。但是，锡在与锂合金化/去合金化过程中伴有较大的体积变化，导致其在充放电循环过程中开裂、粉化、脱落，与基体丧失电接触而发生快速失效。为此，本文基于不同形貌的三维电极结构，开展了一系列缓解锡基活性材料体积变化并提高其电化学性能的研究工作。本文首先以柠檬酸氢二铵作为包裹剂，通过一步恒流电沉积法在铜基体上制备出垂直生长的钴纳米片，并采用SEM、XRD及EDX对其形貌、结构以及成分进行表征。研究了包裹剂种类、浓度以及电沉积时间对钴纳米片形貌的影响。以该三维钴纳米结构作为锂离子电池负极集流体材料，采用电沉积法在其上负载锡钴合金活性物质，研究其电化学性能。结果显示，首次嵌脱锂比容量分别为810mAh/g和539mAh/g，且50周循环后的可逆比容量仍有472mAh/g，容量保持率约为87.5%，表明了其具有较好的储锂性能和循环性能。此外，磁学性能研究进一步显示该钴纳米片因其具有特殊的三维结构而表现出优异的磁各向异性特征，其中易磁化轴为平行基底方向，而在垂直于基底方向上则具有较好的铁磁性能。另外，本文基于三维泡沫镍具有缓解体积膨胀和耐蚀性的特点，通过脉冲电沉积在其上制备出枝状锡钴合金作为锂离子电池负极材料，并采用SEM、EDX等手段对其形貌以及成分进行表征。研究了电化学方法、电流密度以及热处理等因素对锡钴合金形貌的影响，优化了制备条件；研究了热处理对锡钴合金锂电性能的影响，发现锡钴合金经180℃真空热处理12h后具有更为优异的电化学性能，其首次嵌脱锂比容量分别为798mAh/g和545mAh/g，且50周循环后，可逆比容量仍有328mAh/g，容量保持率约为60.2％。

纳米钴及锡钴合金的电化学制备及其性能研究

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