采用CTAB為表面活性劑將氧化石墨烯和炭黑均勻分散,經(jīng)水熱過程將二者組裝到一起,進而高溫熱處理得到石墨烯/炭黑雜化材料。該材料是一種具有獨特結(jié)構(gòu)和良好性能的石墨烯/炭黑雜化材料作為鋰離子電池二元導電劑。炭黑顆粒均勻分布在石墨烯表面,可防止石墨烯片層團聚并進一步提高電子導電效率。由于炭黑可增加對電解液的吸附,促進電極內(nèi)部鋰離子的傳輸過程,最終提高鋰離子電池的倍率性能。結(jié)果表明,使用質(zhì)量分數(shù)5%900℃熱處理之后的二元導電劑的LiFePO4,在10C時比容量為73mAh/g,優(yōu)于使用10%炭黑導電劑時的LiFePO4（10C比容量為62mAh/g）。按照整個電極質(zhì)量計算,前者的比容量性能比后者提高了近25%,同時在循環(huán)性能方面,前者的穩(wěn)定性也優(yōu)于后者。 

【文章來源】：新型炭材料. 2015,30(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

GO，CB，GN/CB-300和GN/CB-900的XＲD譜圖

位右移，層間距逐漸變小，說明900℃熱處理后官能團進一步脫除。圖2為GN/CB-900的SEM和TEM照片。由圖2a可以看出，水熱自組裝法制備的GN/CB-900材料的CB顆粒與石墨烯片層結(jié)合，CB顆粒均勻分布于GN片層的邊緣和表面，由于CB顆粒的引入，GN片層表面褶皺，片層不易團聚。由圖2b可以清楚看到GN/CB-900中的GN片層是透明薄片，表面均勻分布著鏈狀的炭黑顆粒。樣品在做TEM之前經(jīng)過了強超聲處理，但仍可以明顯看到CB顆粒與GN片層的緊密結(jié)合，表明CB顆粒與GN在水熱過程中能夠形成較強的結(jié)合，穩(wěn)定性高于簡單的物理混合。圖2GN/CB-900的(a)SEM和(b)TEM照片F(xiàn)ig．2(a)SEMand(b)TEMimagesofGN/CB-900．圖3為使用不同導電劑的LiFePO4材料的高倍率性能對比。圖3a是使用300℃熱處理后的GN/CB雜化材料作為導電劑時LiFePO4倍率性能。可以看出，沒有使用導電劑時，LiFePO4容量性能非常低，添加所制二元導電劑后容量性能有明顯提升，0．5C時比容量由95mAh/g提高到了153mAh/g。然而隨著放電電流持續(xù)增加，容量性能迅速降低，5C時已降到60mAh/g以下，10C時部分樣品的容量已低于10mAh/g，此時與沒有使用導電劑的LiFePO4性能沒有區(qū)別。這主要是因為GN處理溫度較低，大量存在的表面含氧官能團及缺陷結(jié)構(gòu)導致其電導率不夠理想。炭黑含量的不同對LiFePO4也有不同的影響，炭黑含量越多，使用二元導電劑的LiFePO4倍率性能越好，并且倍率越高效果越明顯:5C倍率下，使用4GN/CB-300、8GN/CB-300、18GN/CB-300的LiFePO4的比容量分別為60mAh/g、50mAh/g及5mAh/g，進一步說明300℃處理的GN導電性較差，LiFePO4電化學性能的提高主要歸因于炭黑顆粒的存在。為了進一步提高所得二元導電劑的性能，對GN/CB雜化材料在900℃條件?

太少時，GN量較多，此時過多的GN將會對鋰離子的傳輸過程產(chǎn)生阻礙，電池倍率性能變差;而CB含量太多時，GN含量過少，不能保證較好的協(xié)同作用。在本實驗條件下，8GN/CB-900表現(xiàn)出了最優(yōu)的結(jié)果，既可以構(gòu)筑一個有效的導電網(wǎng)絡，又能提供快速的離子傳輸通道。圖3b為GN和CB單一導電劑和二元導電劑的性能對比，可以明顯看出所制二元導電劑具有良好的性能優(yōu)勢。使用5%GN-900的LiFePO4在5C和10C的放電倍率下容量分別為85和51mAh/g(與商品化電池中使用GN導電劑的倍率性能具有一定的差別，這主要是因為在扣式電池制備過程中電極涂覆厚度較薄，活性物質(zhì)的面密度顯著低于商品化電池)。在所有導電劑中性能下降最快，這說明在該條件下GN導電劑仍會影響鋰離子在高電流密度條件下的傳輸行為，導致電極內(nèi)部電解液濃度不均勻，降低了LiFePO4材料的性能發(fā)揮。5%8GN/CB-900-LFP和10%CB-LFP電極在10C倍率下的比容量分別為:73和62mAh/g，前者比后者的容量性能提高了17．7%。考慮到電極中LiFePO4含量不同(兩個電極中粘結(jié)劑用量都為8%，故前者LiFePO4為87%，后者為82%)，則按照整個電極質(zhì)量考慮容量發(fā)揮，前者為63．5mAh/g，后者為50．8mAh/g，前者比后者提高了近25%。由圖3c和d中使用10%CB和5%8GN/CB-900導電劑的LiFePO4的充放電曲線可以看出，隨著倍率提高，雖然兩者的電壓平臺持續(xù)降低，但后者放電平臺明顯高于前者，進一步揭示了二元導電劑的突出性能。圖3使用不同導電劑的LiFePO4倍率性能對比:(a)300℃處理的二元導電劑，(b)900℃處理的二元導電劑及石墨烯與炭黑導電劑，(c)容量保持率，(d)使用炭黑和二元導電劑的LiFePO4充放電曲線Fig．3ＲateperformancecomparisonofLiFePO4withdifferentconductiveadditives．(a)B


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