随着越来越大能源消耗，一些不可再生资源面临枯竭，能源问题正成为人们关注的重要课题之一。一方面，太阳能、生物能、风能、地热能和核能等新能源技术取得了令人瞩目的成就，而可循环的储电设备发展相对滞后;另一方面，交通运输工具所排放的废气对大气的污染愈发突显，采用一种全新的动力电池来代替现有气燃机驱动已迫在眉睫。锂离子电池作为一种储能设备已获得高度关注，高容量、超循环稳定性和安全性的电池及其材料的研究开发正成为热点。本论文就SnO2基锂离子电池薄膜电极的制备及其电化学性能开展研究，主要研究内容如下:
采用湿化学方法制备了Sb掺杂SnO2(ATO)粉体，添加适当的烧结助剂、经1250℃烧结制备了直径为50 mm、厚度为5 mm的磁控溅射靶材。
通过射频（radiao frequency, RF）磁控溅射(megnatron spputering，MS)方法制备了ATO薄膜。研究了溅射衬底温度对ATO薄膜表面形貌和微观组织结构的影响。结果表明:ATO薄膜由纳米晶组成，且随着溅射衬底温度的升高，结晶性更好、晶粒尺寸略有变大。利用X射线光电子能谱对ATO薄膜的化学价态分析得出薄膜由Sn以+4、Sb以+5价存在。
将沉积在Cu箔衬底上的ATO薄膜作为工作电极、以锂片为参比电极进行锂离子电池组装，测试了不同条件下的ATO薄膜电极的电化学性能。研究分析可知:不同衬底温度下的ATO薄膜电极具有类似的循环伏安特性，说明它们经历了相同的电化学过程;与衬底温度为室温和100℃相比，衬底温度为200℃的ATO薄膜具有较高的电化学容量、更好的循环性能和倍率性能;衬底温度为200℃的ATO薄膜的首次放电容量为1654 mA h/g，以电流密度为100 mA/g进行充放电测试100和200次循环后容量仍然分别保持在756和679 mA h/g。
利用透射电子显微技术对不同充放阶段的ATO薄膜电极的反应产物进行了分析、探究了ATO薄膜电极的储锂机理。结果表明:在首次放电过程中，SnO2被还原成金属Sn，金属Sn与Li进一步反应形成Li-Sn合金，并最终形成Li4.4Sn;在充电阶段，锂锡合金先发生脱锂过程重新生成单质Sn;当电池充电到2.0 V时，金属Sn可与Li2O发生反应、并部分氧化形成SnO2。
开发了一种ATO薄膜电极反应机理研究的简易实验技术，即将ATO薄膜直接沉积在具有多孔碳膜的微栅上作为锂离子电池的工作电极、参与电化学反应过程，以此研究不同充放电阶段的ATO物相演变，进而获得ATO的电化学储锂机理。结果表明，这是一种研究电极活性物质反应机理的简便有效的技术。
- 作 者：
- 欧阳攀
- 学科专业：
- 材料工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 中南大学
- 导师姓名：
- 张鸿郭峰
- 学位年度：
- 2014
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
