导　　师： 王辉

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 基于转换反应的负极材料（金属氧化物、硫化物、氮化物、氢化物、碳化物等）来源广泛,具有比石墨高得多的比容量,是重点研究的一类锂离子电池负极材料。但这些转换负极材料普遍存在不可逆反应程度大、倍率性能和循环性能差的问题。通过纳米技术和复合改性是改善其电化学性能的重要途径。此外,薄膜电极得益于其方便的成分和微结构控制是研究新型负极材料电化学性能和反应机理的有效方法。本文以镁氢化物和碳化钼转换负极材料为研究对象,采用磁控溅射方法制备了系列薄膜负极材料,使用XRD、SEM、XPS、CV、恒流充放电测试等手段表征了薄膜的结构和电化学储锂性能,主要结论如下:（1）从Mg-C复合靶溅射沉积制备了Mg-C薄膜,形成非晶碳层包覆Mg纳米颗粒（约160 nm）的结构。Mg-C薄膜氢化后得到MgH2-C复合薄膜。MgH2-C薄膜电极在12μA cm-2下的首次放电比容量为126.5μAh cm-2（1429 mAh g-1）,其中转换反应（MgH2+2Li++2e-→Mg+2Li H）贡献了约70.8μAh cm-2（800mAh g-1）的容量,首次不可逆容量损失为52.5%。GITT方法测定的MgH2转换反应的平衡电位为0.545 V vs.Li+/Li,充放电反应电压滞后约10 mV。碳的引入提升了MgH2薄膜的导电性,首次放电过程极化现象较纯MgH2膜减轻,并且通过缓冲应变和抑制颗粒聚集稳定了薄膜的微观结构,但Mg及Li H的表面钝化影响了MgH2的可逆形成,使得循环容量迅速衰减。（2）从Mo2C靶溅射沉积制备的MoC0.72薄膜由fcc结构的α-MoC1-x相及非晶碳组成。基于转换反应储锂机制(MoC0.72+xLi++xe-→Mo+LixC)的MoC0.72薄膜展示了良好的循环稳定性和倍率性能。溅射功率100 W、溅射时间3 h制备的MoC0.72薄膜在20μA cm-2下循环500次后,放电比容量仍有20.6μAh cm-2（211.6mAh g-1）,容量保持率为49.1%。其原因一方面是较小的碳化钼颗粒缩短了锂离子的传输距离,提高了反应动力学�

关 键 词： 锂离子电池 转换负极 镁氢化物 薄膜 磁控溅射

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