锂离子电池锡基合金负极材料的性能与制备方法

锂离子电池自20世纪9O年代诞生以来，发展非常迅速。与此同时，电子器件的小型化、轻便化则要求与其配套电源的能量密度更高、重量更轻，从而要求锂离子电池容量不断提高。其中的关键技术之一是其电极材料性能的提高。锂离子电池刚诞生时，商品化碳负极材料的可逆容量仅为200mAh/g，目前已经增加到330mAh/g中间相碳微球(MCm)。但是碳材料负极最多也只能达到石墨的理论容量372mAh/g。显然，为了进一步提高负极材料的可逆容量。有必要进行新型负极材料的研究和开发。目前的研究工作主耍集中在Sn基、Al基和Si基合金材料。sn基合金材料是其中最早也是目前最受重视、研究最广泛的负极材料。

1.锡基合金储锂机理

金属中嵌入锂时会形成含锂量很高的锂一金属合金。其容量是碳材料不可比拟的Sn基合金做为锂离子电池负极材料是考虑到同形成合金的元素可以缓冲Li—Sn合金在脱嵌锂过程中发生的巨大体积变化。因此，一般同形成合金的元素要求对锂表现为非活性或活性不大以维持电极体系的稳定。当然。如果缓冲体同锂反应后自身体积变化不大。也可以做为合金元素。比如碳材料虽然对锂有活性。但其脱嵌锂过程中体积变化小。基本不会影响其缓冲作用，因此也常常同形成合金负极材料.

2锡基合金负极材料的制备方法和性能

Sn基合金的初始容量普遍较碳系负极材料大，但其循环性能却远不如碳系负极材料。最根本的原因在于sn在充放电过程中体积变化大，从而导致电极粉化甚至剥落直到最后失效。不同的制备方法合成的sn基合金的循环性能有很大的区别。因此在选用Sn基合金负极的时候要充分考虑到制备方法的选择。目前sn基合金的合成方法主要有电沉积法、机械法和化学共还原法等。

2.1电沉积法

电沉积，通常称为电镀或电铸。它是通过电解的方法将金属或合金沉积在阴极表面上。金属电沉积包括液相传质、前置转化、电荷传递和电结晶过程。在阴极进行还原反应的同时，阳极进行氧化反应，电镀液将离子传递给两个电极。

2.2机械高效球磨法

传统上。新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温或化学变化来实现的。机械能直接参与或引发了化学反应是一种新思路。机械高效球磨法的基本原理是利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化。以此来制备新材料。机械法工艺简单，获得的物质较精确，但是合成的物质颗粒较大，不能很好的阻止颗粒膨胀，材料的循环性能不理想。

2.3化学还原法

通过化学还原法获得的合金材料，粉粒粒径一般较小，可达到微纳米级至纳米级，有较高的比表面积。循环性能较好。但随着材料尺寸的降低，表面积增大。表面氧化物增多，导致首次循环不可逆容量增大；随着颗粒尺寸的降低。颗粒聚合的趋势也会增大，因此，寻找合适的颗粒尺寸和形貌。以及有目的地进行掺杂，显得尤为重要。

3结束语

锡合金负极材料由于具有加工性能好、导电率高、对环境的敏感性没有碳材料明显等优点，未来有希望取代碳负极材料。但绝大部分合金负极材料都存着2个主要的问题：一是首次不可逆容量大，即首充放电效率低；二是循环性能不理想，不解决这2个问题就无法实现合金负极材料的实用化。目前，研究人员已经清楚地认识到，通过减小材料颗粒尺寸，特别是通过采用纳米材料，可以得到较好的循环性能，原因在于纳米颗粒单个粒子的绝对体积变化相对较小，从而产生的机械应力较小，材料在循环过程中其结构不致遭到大的破坏。

此外，通过在纳米颗粒表面修饰一层活性或非活性的材料，也可以有效改善纳米合金材料的循环性能。因此，在以后的研究中，只有上述问题得到很好的解决，锡基合金才会有广阔的商业化前景。