电沉积法制备锂离子电池锡铜合金负极及表面修饰

采用脉冲电沉积与热处理相结合的工艺制备铜锡合金,并作为锂离子电池的负极考察其电化学性能.在集流体铜箔上直接沉积锡,然后进行热处理形成铜锡合金层.锡电极在200℃和300℃热处理过程中分别形成了Sn/Cu6Sn5/Cu3Sn和Sn/Cu3Sn复相结构,合金相的产生提高了电极的循环性能,但降低了电极的比容量.通过在锡电极表面覆铜,改变了锡电极热处理后的表面成分,由Sn/Cu6Sn5混合相转变为Cu/Cu6Sn5混合相,有效提高了锡电极长期循环的结构稳定性,使电极同时具备了较高的活性和较好的循环性能.     

铜表面电沉积Ni（P）及其对Sn-Cu合金/Cu界面固相反应的影响

采用扫描电子显微镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）研究了铜基体上电沉积Ni（P）层的结构以及Ni（P）层对电沉积Sn-Cu合金/Cu界面固相反应的影响。研究表明：电沉积Ni（P）层为非晶结构,含29%（原子）的P,经过225℃热处理转变成晶态Ni5P2。经过225℃热处理,Sn-Cu合金/Cu界面反应在界面处形成连续的Cu6Sn5及Cu3Sn层。而Sn-Cu合金/电沉积Ni（P）-Cu界面反应微弱,主要在Sn-Cu合金/Ni（P）界面前沿的Sn-Cu合金中形成棒状或块状（Ni,Cu）3Sn4,Cu基底不与Sn-Cu合金反应。电沉积Ni（P）合金层能有效阻挡Sn-Cu合金/Cu界面反应。     

快速凝固铜锡合金的腐蚀性能

利用铜模铸造法分别制备了两种不同成分的快凝铜锡合金,利用XRD分析了该快凝合金的物相结构,用四探针法测量了两种快凝铜锡合金的电阻率,并通过动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了两种快凝合金在NaOH溶液中的电化学耐腐蚀性能。结果表明,Cu75Sn25快凝合金具有Cu3Sn相,而Cu65Sn35快凝合金主要具有Cu6Sn5相及部分Cu3Sn相,由于两种快凝合金均形成了金属间化合物,其电阻率没有明显区别;在NaOH溶液中,Cu65Sn35快凝合金的耐蚀性明显优于Cu75Sn25快凝合金的。     

Electrochemical Behavior of Fe—Based Coatings Containing Amorphous Phase Prepared by Electric Arc Spraying

采用倒相法在Cu箔上制得与Cu箔结合牢固的PAN与石墨多孔复合膜,以其作阴极、纯Sn作阳极进行脉冲电沉积, Sn通过多孔复合膜的微孔沉积在铜箔上,然后在氩气气氛中热处理,得到具有复合结构的Sn基合金电极(碳膜隔离的Cu-Sn合金),用作Li离子电池的负极. SEM和EDS能谱分析以及模拟电池的电化学性能测试结果表明:与通常的在裸Cu箔上直接电沉积Sn并热处理的Sn电极相比,这种具有复合结构的Sn电极热处理后具有更好的循环性能和更高的循环容量,首次放电容量达到538.3 mA·h/g,50次循环后充电(Li离子的脱出)循环容量保持率仍有85.5%.     

循环沉积次数对Cu2ZnSnS4薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法沉积Cu/Sn/ZnS和Cu/Sn/ZnS/Cu/Sn/ZnS/Cu/Sn/ZnS两种沉积次数不同的预置层薄膜材料,结合后硫化热处理制备铜锌锡硫(Cu_2ZnSnS_4,CZTS)薄膜,研究了不同循环沉积次数对CZTS薄膜结构和性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-VIS)等研究了薄膜的结构、表面形貌以及薄膜各组分含量和禁带宽度。结果表明:沉积单个周期的Cu/Sn/ZnS预置层薄膜经550℃硫化后的薄膜为单相CZTS薄膜,化学组分接近理想化学计量比,表面颗粒致密且均匀,禁带宽度约为1.47 eV;沉积3个周期的Cu/Sn/ZnS/Cu/Sn/ZnS/Cu/Sn/ZnS预置层薄膜550℃硫化后的化学组分与理想化学计量比相差较远,表面颗粒不均匀。对于沉积时间较长的CZTS薄膜,单个周期沉积的薄膜相对3个周期沉积的薄膜更适合作为CZTS太阳能电池吸收层。     

ChCl-EG中铜锡合金的电沉积行为及耐蚀性研究

目的 研究氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中进行不同浓度比例下的铜锡合金电沉积的电化学行为及镀层微观形貌、相组成、耐蚀性能.方法 使用阴极极化曲线对铜锡合金还原行为进行研究,使用扫描电子显微镜以及X射线衍射仪等研究电极电位对银镀层微观形貌的影响及银镀层的相组成,同时采用EDS分析铜锡合金镀层的元素组成.使用极化曲线对铜锡合金镀层的耐蚀性能进行研究分析.结果 在?0.95 V电位时,铜锡发生共沉积.在该电位下,铜以合金形式存在,而锡以合金和单质的形式存在.不同金属离子含量的电沉积体系得到不同成分的镀层.镀液中的铜锡含量明确影响镀层中的铜锡含量,当镀液中铜或锡含量偏高时,镀层质量更好.在ChCl-EG低共熔溶剂中,当CuCl2·2H2O与SnCl2·2H2O的含量(mol/L)分别为0.192:0.048、0.192:0.192、0.048:0.192时,得到的镀层的相组成分别为β-Cu5.6Sn、η-Cu6Sn5+β-Cu5.6Sn、η-Cu6Sn5.结论 随着镀液中锡含量不断增多,其相组成由 β-Cu5.6Sn相向 η-Cu6Sn5相发生转变,并且在沉积层中出现了锡相.镀液中铜或锡含量偏高时,镀层质量反而更好.耐蚀性测试显示镀液中Sn含量为84.2％时,镀层腐蚀速率最小,镀层的耐蚀性最优.     

真空退火对Sn负极材料结构与循环性能的影响

用SEM、XRD、ICP、恒电流充放电方法对真空退火前后磁控溅射制备的锂离子电池用Sn负极薄膜材料的形貌、结构及循环性能进行研究.结果表明,经过200 ℃×8 h真空退火后,薄膜颗粒细化且均匀分布,薄膜中还出现了Cu6Sn5和Cu3Sn合金相的特征峰,改善了膜基结合力.相对于纯Sn电极,热处理后样品的首次放电容量和首次库仑效率均略有下降,分别为709 mAh/g和67%;从第2次到30次循环的容量保持率为87%,库仑效率维持在94% ～99%,均优于纯Sn电极.     

锌对SnxZn/Cu界面微空洞的影响

通过向锡钎料中添加不同含量的Zn元素,系统研究了锌对SnxZn/Cu(x=0,0.2,0.5,0.8(质量分数,％))界面处柯肯达尔空洞形成的影响.结果表明,经热老化处理后,纯Sn/Cu接头中的Cu3 Sn层和Cu3 Sn/Cu界面出现了大量柯肯达尔空洞.然而随着Zn元素含量的增加,反应界面处的Cu3Sn层逐渐变薄甚至消失,柯肯达尔空洞也随之显著减少或消失;锌在反应界面处的富集现象越来越显著.锌参与了界面反应,形成了(Cu,Zn)6Sn5相、Cu6(Sn,Zn)5相和Cu-Zn固溶合金,其中Cu-Zn固溶合金层可以显著影响铜的界面扩散.Zn元素直接参与了界面扩散,在很大程度上缓和铜和锡的不平衡扩散,从而有效抑制了柯肯达尔空洞的形成.     

Cu6Sn5和Ni3Sn4结构性能的第一原理计算

基于密度泛函理论的第一原理,计算了锡基无铅焊点界面常见的金属间化合物Cu6Sn5和Ni3Sn4的平衡晶格常数、合金形成焓以及弹性常数,分析了结构稳定的电子机制.结果表明,Cu6Sn5较Ni3Sn4合金形成能负,因此Cu6Sn5在热力学上更稳定,其合金化能力也较强.在力学性能方面,两相均属脆性相,表现出弹性各向异性,而Ni3Sn4的键合作用较强,弹性模量、剪切模量均大于Cu6Sn5,但Cu6Sn5表现出更好的塑性.从电子结构的角度,Cu6Sn5的成键主要来自于Cu原子d,p轨道与Sn原子p杂化,而Ni原子d轨道与Sn原子p轨道的强烈杂化作用是Ni3Sn4成键的主要原因.     

Sn-1.5Ag-2Zn低银无铅焊料与取向铜界面研究

目的 高密度封装技术能减少焊盘尺寸和焊盘里面所含晶粒的数量,当多晶焊盘转为单晶焊盘时,晶粒的取向会对界面处金属间化合物的形成产生重要影响。选取具有发展前景的Sn-1.5Ag-2Zn作为焊料合金,研究焊料与单晶(111)铜基板界面反应,得到金属间化合物的生长动力学规律。方法 将Sn-1.5Ag-2Zn无铅焊料分别与单晶(111)铜基板及多晶紫铜基板在250 ℃下进行回流焊接5 min,将焊接后的样品在160 ℃下分别进行20 h,100 h,300 h,600 h热处理。用扫描电子显微镜背散射电子成像和二次电子成像、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪等研究焊接界面处的显微组织、金属间化合物成分以及性能。结果 合金焊料与铜基板接触迅速生长出凹凸不平类似扇贝状Cu6Sn5金属间化合物层,与单晶铜表面形成的Cu6Sn5晶粒尺寸比多晶铜的大,单晶铜无晶界阻挡原子扩散,影响晶粒形核与长大。合金焊料与单晶(111)铜焊点在160 ℃下热处理20 h快速形成的Cu6Sn5生长速度是多晶铜上焊点的2倍左右。而后随热处理时间增加增长缓慢,热处理600 h后厚层Cu6Sn5由于裂纹扩散出现溃断,金属间化合物的厚度维持在3.5 µm。焊料与多晶铜焊点在热处理过程中生成的Cu5Zn8起到阻挡层的作用,阻挡焊料与铜基板接触,抑制Cu6Sn5生成,热处理300 h后Cu5Zn8破碎分解,Cu6Sn5在阻挡层消失后快速生长,厚度约为2.8 µm。结论 单晶铜上焊点金属间化合物的厚度比多晶铜上金属间化合物的厚度多0.7 µm,热处理后合金焊料与单晶铜界面形成的金属间化合物致密性更好,基本没有孔隙,而合金焊料与多晶铜界面上金属间化合物晶粒间存在明显孔隙,可以预测合金焊料与单晶铜界面的焊接质量更好。