多孔集流体/锡基合金/碳纳米管一体化电极的电化学制备及性能研究

本项目针对锂离子电池锡基负极在充放电过程中体积变化大、活性材料易团聚、粉化脱落以及其在商业电解液中界面稳定性差等缺点而展开相关研究。首先采用氢气泡模板法制备出孔径大小适宜、分布均匀、结构稳定的多孔金属；然后以该多孔金属为集流体电沉积获得多孔集流体/锡基合金/碳纳米管一体化电极。详细研究并阐明了多孔集流体的形成机理，以及制备工艺对孔径大小、分布及结构稳定性的控制机理；揭示该一体化电极的表面结构形貌、多孔集流体与活性材料间的结合力以及活性材料中碳纳米管的存在对其电化学循环性能和高倍率充放电性能的影响机理。主要采用电化学阻抗谱、恒电位和恒电流间歇滴定等方法，研究该一体化电极在商业电解液中的界面特性，探究其结构形貌、多孔集流体与活性材料间的结合力以及碳纳米管的存在对电极界面特性的影响机理。通过本项目的研究，将为设计制备出具有高倍率充放电容量和优异循环性能的锡基负极提供新思路和理论基础。

为了解决锂离子电池锡基负极在充放电过程中体积变化大、活性材料易团聚、粉化脱落以及其在商业电解液中界面稳定性差等缺点，本项目合成了多孔集流体/锡基合金/碳纳米管一体化电极，并展开相关研究。为了获得多孔集流体/锡基合金/碳纳米管一体化电极，本项目主要分三个阶段完成，分别是：（1）通过对碳纳米管表面处理，选择不同的添加剂电沉积获得锡基合金/碳纳米管复合电极，并考察其电化学性能；（2）采用化学镀方法在铜基底表面沉积一层结构稳定、孔径1~10 m的多孔铜，克服了氢气泡模板法制备多孔铜结构不稳定、孔径较大的缺点，并揭示了化学镀液的pH值，添加剂用量，反应时间对多孔铜的孔径大小，孔分布等的影响；（3）以该多孔铜为集流体电沉积获得多孔集流体/锡基合金/碳纳米管一体化电极，并测试其电化学性能；揭示了该一体化电极的表面结构形貌，以及活性材料中碳纳米管的存在对其电化学循环性能和高倍率充放电性能的影响机理。采用电化学阻抗谱法，研究了该一体化电极在商业电解液中的界面特性，探究了其结构形貌以及碳纳米管的存在对电极界面特性的影响机理。本项目还进行了一些拓展性研究如：（1）合成纳米锡基合金/碳复合物，缓解锡基合金充放电过程中的体积变化和团聚；（2）采用简单化学法制备锡基化合物/石墨烯纳米复合物，提升电极高倍率循环性能；（3）聚苯乙烯球模板法制备多孔铜，并以该多孔铜电沉积制备多孔锡基合金，改善锡基合金的循环稳定性。通过本项目的研究，为设计制备出具有高倍率充放电容量和优异循环性能的锡基负极提供新思路和理论基础。