离子液体中电沉积li-cu合金的研究

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1、国内图书分类号：TQ153.2学校代码：10213国际图书分类号：621.357.7密级：公开工学硕士学位论文离子液体中电沉积Li-Cu合金的研究硕士研究生：赵彦彪导师：安茂忠教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工学院答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ153.2U.D.C:621.357.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringELECTRODEPOSITIONOFLi-CuALLOYFROMIONICLIQUIDCan

2、didate：YanbiaoZhaoSupervisor：Prof.MaozhongAnAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemicalEngineeringandTechnologyDateofDefence：June2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕

3、士学位论文摘要金属锂若作为锂离子电池负极活性材料，其理论容量可达3862mAh/g，但是锂在充电过程中会形成锂枝晶，影响电池的性能。本文采用电沉积方式从离子液体中制备Li-Cu合金薄膜，以此材料作为锂离子电池负极时，放电时锂溶出后，就会形成铜的网状结构骨架，铜骨架的存在可以抑制充电时锂枝晶的形成，从而保证电池的安全可靠性。选择1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIm][TFSI])离子液体作为电沉积Li-Cu合金的溶剂。采用循环伏安曲线(CV)研究了Li的电沉积过程，发现锂盐的加入拓宽了离子液体的电化学窗口，使得锂的电沉积成为

4、可能，在该体系中可以电沉积得到银灰色且结合力较好的锂镀层。选择NMP作为助溶剂，在[EMIm][TFSI]+NMP(体积比2:1)体系中，采用循环伏安曲线研究了Cu的电沉积过程，研究结果表明，在该体系中铜的电沉积是扩散过程参与控制的不可逆电极过程。在该体系进行电沉积，可以得到均匀致密的暗红色的铜镀层。研究了几种不同的电沉积方式，考察了沉积工艺参数对沉积层外观及Li含量的影响。在恒电流沉积方式下，随着镀液温度的上升，电流密度的减小，沉积层中的Li含量会减少；而当Li盐浓度恒定时，Li/Cu摩尔浓度比对Li含量的影响不明显，证明了本体系中Li

5、-Cu电沉积属正则共沉积。对Li-Cu沉积层微观形貌的研究表明Li-Cu合金若要在锂溶出后能留下较为完整的铜骨架，就必须要保持足够高的铜含量。在恒电势沉积方式下，随着沉积电势的正移，温度的上升，沉积层中的Li含量会减小。在室温条件下，沉积电位为-3.0~-3.5V时可以获得锂含量较高（50at.%左右）、外观均匀的沉积层，沉积层是一种片状的三维结构，在-3.5V获得的沉积层溶去锂后，可看到明显的铜骨架结构。脉冲电压电沉积的研究结果表明，平均电压越高，沉积层中锂含量越高，而频率及占空比对沉积层的影响规律不够明确。在平均电压3V，频率1kHz

6、，占空比50%的条件下，可以获得外观均匀，锂含量在50at.%以上的沉积层。同时对沉积层微观形貌的研究发现，与恒电势电沉积类似，沉积层也是由片状物组成。XRD和XPS分析表明，沉积层中的铜和锂均以金属形态存在，且保持了各自独立的化学性质，因此Li-Cu合金可能是一种机械混合物。采用循环伏安曲线研究了[EMIm][TFSI]+NMP(体积比2:1)体系中Li-Cu的共沉积行为，-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文曲线中出现了两个还原峰，分别对应铜的沉积及锂、铜的共沉积。研究发现锂的沉积电势发生了明显的正移，说明铜的存在会使锂的沉积变得更容易

7、。同时研究还表明，在该体系中Li-Cu的电沉积是扩散过程参与控制的不可逆电极过程。使用制备得到的Li-Cu合金组装电池测试其性能，研究结果表明，获得的Li-Cu合金确实具有一定的嵌脱锂能力。关键词：电沉积；Li-Cu合金；离子液体；双三氟甲磺酰亚胺；锂离子电池-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThespecificcapacityoflithiumbeingusedasLi-ionbatteryanodematerialis3860mAh/g.However,theformationoflithiumdendritoc

8、cursduringcharging，itwilldegradetheperformanceofthebattery.Inthisstudy,Li-Cualloycoatingwasprepa