高比能锂离子电池合金负极材料研究赵海雷.ppt

1 高比能二次锂离子电池合金负极材料的研究及其规模化制备(No. 2006AA03Z231) 赵海雷北京科技大学 2不同二次电池的性能对比 3 Application in microelectronics 最大输出功率 24kw , Li - ion battery, 车重 840 kg 钕磁马达,充一次电行 115 km 4 碳材料为目前锂离子电池常用的负极材料?碳材料的理论比容量为372 mAh/g ?目前碳负极材料的实际比容量已经非常接近其理论比容量需要寻找新的、可以替代碳材料的高容量锂离子电池负极材料?Sn基合金材料引起了人们的极大关注?它的理论比容量为: Li 22 Sn 5 : 994 mAh/g ?人们研究了许多 Sn基合金体系, 如: SnSb , SnCu , SnCo , SnV , SnFe , etc. 5 ?阻碍 Sn 基合金商业化的原因–电极大的体积膨胀?采用纳米颗粒的合金粉体–首次不可逆容量较高(低的首次库仑效率)? New idea –具有纳/微复合结构和内微孔的颗粒 SnCo powders 6 ?传统的合成方法–从水溶液中的化学共沉淀–粉末冶金–电镀的方法–机械合金化的方法这些合成方法要么工艺复杂,要么不适宜大规模生产 7 Carbothermal reduction ? Simple, cheap and mass production SnO 2 + 2C = Sn + 2CO(g) Sb 2O 3 + 3C = 2Sb + 3CO(g) CuO + C = Cu + CO(g ) NiO + C = Ni + CO(g ) CoO + C = Co + CO(g ) Synthesis of Sn -based posite Powder 0 200 400 600 800 1000 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 ? G (kJ) Temp. ( 0 C) SnO 2 +2C=Sn(l)+2CO 630 0C8 0 200 400 600 800 1000 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 435 0C ? G (kJ) Temp. ( 0 C) NiO+C=Ni+CO(g) -200 0 200 400 600 800 1000 -200 -150 -100 -50 0 50 -25 0C ? G (kJ) Temp. ( 0 C) CuO+C=Cu+CO(g) 0 200 400 600 800 1000 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 435 0C ? G (kJ) Temp. ( 0 C) Sb 2O 3 +3C=2Sb+3CO(g) 0 200 400 600 800 1000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 500 0C ? G (kJ) Temp. ( 0 C) CoO+C=Co+CO(g) Thermodynamic calculation for carbothermal reduction of metal oxides 9 Flow chart Oxides Carbon Mixing Firing Sieving Tape casting Assembling cell XRD SEM, TEM BET Charge/discharge cycling Cyclic voltammograms AC impedance