發(fā)布時間：2017-11-05 19:10

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯改性鋰離子電池正極材料的研究

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【摘要】：作為性能優(yōu)異的鋰離子正極材料,磷酸鐵鋰較低的電子電導(dǎo)率和較低的離子電導(dǎo)率以及錳酸鋰在電化學(xué)循環(huán)過程中容量衰退的問題限制了它們的發(fā)展。石墨烯導(dǎo)電性好、機械性能好、化學(xué)穩(wěn)定性高,可用來改性磷酸鐵鋰、錳酸鋰正極材料,提高其電子電導(dǎo)率,且石墨烯作為保護層,可以起到緩沖體積膨脹、增加錳酸鋰和磷酸鐵鋰的循環(huán)穩(wěn)定性、降低容量衰退的作用。本論文主要研究石墨烯改性鋰離子電池正極材料的制備方法,探討了以石墨烯直接摻雜磷酸鐵鋰,以及化學(xué)氣相沉積(CVD法)制備石墨烯原位包覆磷酸鐵鋰,對電池正極材料進行改性的方法。研究了碳源、生長基體、載氣體以及溫度的控制對改性材料的影響,用XRD、SEM、TEM、元素分析以及拉曼光譜等表征手段對改性后材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌進行分析表征,優(yōu)化制備工藝條件。化學(xué)氣相沉積法(CVD法)制備石墨烯原位包覆鋰離子正極材料錳酸鋰的優(yōu)化工藝條件,N2氛圍,反應(yīng)溫度800℃、催化劑A用量0.1%以及苯用量為1 ml。測試石墨烯改性錳酸鋰正極材料的電導(dǎo)率,由2.48×10-5 s/cm提高近20倍至4.65×10-4 s/cm。當反應(yīng)溫度為800℃、苯用量為0.2 ml以及催化劑A用量為0.1%時,得到的LiFePO4/G復(fù)合材料的改性效果最好,電化學(xué)性能測試結(jié)果表明:改性后鋰離子正極材料磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率由4.70×10-4 s/cm上升至0.93 s/cm,提高四個數(shù)量級。電流密度為0.1 C時,LiFePO4正極材料放電比容量由133.9 mA·h/g提高至153.3mA·h/g;石墨烯原位包覆磷酸鐵鋰可以提高磷酸鐵鋰正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性,當電流密度為0.5 C下,Li FePO4/G復(fù)合材料經(jīng)130次循環(huán)充放電以后,放電比容量保持率由77.2%增加到91.1%;且在不同電流密度下(0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C、5 C),放電比容量保持率均高于磷酸鐵鋰正極材料;在開路電壓,掃描頻率為0.01Hz~100kHz時,Li FePO4/G復(fù)合材料的阻抗為129Ω減小52.40%;在掃描速率為0.1mV/s以及電壓范圍為2.5 V~4.2 V下,Li FePO4/G復(fù)合材料的循環(huán)伏安特性改善,電位壓差由0.51V降至0.38 V,材料極化程度下降,提高材料反應(yīng)活性。綜上所述:CVD法制備石墨烯原位包覆磷酸鐵鋰,有效降低了材料的電阻、極化以及緩沖磷酸鐵鋰在充放電過程中的體積膨脹,改善磷酸鐵鋰的電化學(xué)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912

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本文編號：1145474