鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)壽命長,熱穩(wěn)定性好和無污染等優(yōu)點,成為當今世界熱點的儲能設(shè)備,其在電動汽車、便攜電子設(shè)備、航天航空等方面具有了廣闊的應(yīng)用前景。然而,負極材料作為鋰離子電池重要的一部分,其較低的比容量限制了高比容量鋰離子電池的發(fā)展,因此制備出具有高容量、高倍率、長壽命優(yōu)勢的負極材料成為了科研人員需要刻不容緩?fù)黄频碾y關(guān)。紅磷具有資源豐富,廉價易得,理論比容量高(2596mAh g~(-1))等優(yōu)勢,能滿足高比容量電池的需求,被眾多科研工作者所關(guān)注,但紅磷也存在導(dǎo)電率低,充放電過程體積膨脹等缺點,限制了它在鋰離子電池中的實際應(yīng)用。本論文工作針對紅磷的特性,將導(dǎo)電性高,并具有高孔體積和表面積的科琴黑(KeC)作為碳材料與其復(fù)合,探究了不同的合成方法和紅磷含量對復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響,進而通過三維多孔的還原氧化石墨構(gòu)建雙層電極結(jié)構(gòu)對進一步改性以提高其電化學(xué)性能,主要研究結(jié)果如下:1.通過蒸發(fā)-沉積的合成方法制備出紅磷含量為60%的RP/KeC復(fù)合材料,通過SEM、TEM得出該復(fù)合材料大小均一,分散均勻,紅磷納米化進入到科琴黑的孔中。通過Raman、XPS等測試手段發(fā)現(xiàn)在制備過程中形成P-C鍵,說明科琴黑對紅磷不僅有物理吸附而且還有P-C鍵化學(xué)吸附,使RP/KeC復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。該復(fù)合材料表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能,在0.1 A g~(-1)的電流密度下,基于復(fù)合材料的質(zhì)量,首次充電比容量為1746mAh g~(-1),100次循環(huán)后比容量保持798.5 mAh g~(-1),并且表現(xiàn)出良好的倍率性能。2.利用三維多孔的還原氧化石墨(RGO)具有柔性、可伸縮的特性,構(gòu)建了一種RP/KeC-三維還原氧化石墨(RP/KeC-RGO)的雙層結(jié)構(gòu)電極,有效的緩解了紅磷體積膨脹的壓力,保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,相比于RP/KeC復(fù)合材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.01 V-2.0 V電壓范圍內(nèi),于0.1 A g~(-1)的電流密度下,基于RP/KeC的質(zhì)量,首次充電比容量為1980 mAh g~(-1),200次循環(huán)之后仍能達到1040 mAh g~(-1),庫倫效率接近100%,而且表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

圖 1-1 鋰二次電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖[6]普通鋰離子電池的工作原理圖,如圖 1-1b 所示。以正極材料鈷酸鋰（LiCoO2）、石墨為負極材料的鋰離子電池作為例子分析充放電過程。初始狀態(tài)中，正極材料 LiCoO2存在 Li+，而負極石墨中無 Li+。充電時，Li+通過電解液的傳遞嵌入到石墨中，此時為了保證得失電子數(shù)相等，電子經(jīng)過外電路傳輸，Co3+失去 x 個電子變?yōu)?Co4+，正極材料

圖 1-3 石墨層狀結(jié)構(gòu)基負極材料主要分為兩類：石墨碳[14-17]際充電容量幾乎能達到理論容量。石墨碳嵌鋰化物 LixC6的晶面層間距（距發(fā)生變化，易造成石墨層剝離、粉化

圖 1-5 黑磷的合成組裝圖和晶體結(jié)構(gòu)1.3.2 轉(zhuǎn)換反應(yīng)型負極材料轉(zhuǎn)換反應(yīng)型負極材料主要包括過渡金屬化合物（MaXb, M= metal, X= O, S, F.）,這類負極材料鋰化反應(yīng)以后生成 LiyX 和還原以后的過渡金屬單質(zhì)。過渡金

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李泓;;鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(XV)——總結(jié)和展望[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2015年03期

本文編號：2833555