石墨烯改善磷酸鐵鋰正極材料倍率性能研究.pdf

1、鋰離子電池能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好，是目前應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能體系。磷酸鐵鋰是一種橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料，具有循環(huán)穩(wěn)定、安全環(huán)保、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。然而，磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率低，限制了其倍率性能。本文采用二維材料石墨烯作為磷酸鐵鋰的復(fù)合添加劑，通過(guò)提高電子電導(dǎo)率以及雙電層吸附作用等方面改善磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能，制備了一系列性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料。主要研究成果如下:
　　采用水熱法制備磷酸鐵鋰材料，將氧化石墨烯高溫

2、熱還原制備石墨烯材料，以石墨烯作為導(dǎo)電添加劑制備磷酸鐵鋰正極，研究了石墨烯導(dǎo)電劑的添加量對(duì)磷酸鐵鋰正極倍率性能的影響。隨著石墨烯導(dǎo)電劑含量增加，LiFePO4電極的倍率性能顯著提高。含30wt％石墨烯的電極在30C和50C的高放電倍率下，分別具有高達(dá)103.1mAh g-1和68mAh g-1的比容量。此外，該電極還表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能，在30C下循環(huán)1000次后，電極的容量保持率高于80％。
　　采用溶劑熱法制備三維雙層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)

3、的碳包覆磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，石墨烯的高導(dǎo)電性提高了復(fù)合材料的電子電導(dǎo)率，其高比表面還為復(fù)合材料提供了少部分雙電層吸附作用。因此，該復(fù)合材料同時(shí)兼具超級(jí)電容器的雙電層吸附作用和鋰離子電池的電化學(xué)儲(chǔ)能行為，展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。該材料在30C的電流密度下循環(huán)300周后仍能保持96.3％的可逆容量，電流密度增至50C時(shí)可逆容量仍可達(dá)到96.3mAh g-1。
　　將磷酸鐵鋰前驅(qū)體與石墨烯以及高比表面的活性炭混合，采用

4、溶劑熱法制備具有多孔結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電性LiFePO4/活性炭/石墨烯復(fù)合正極材料?；钚蕴看蠓忍岣吡藦?fù)合材料的孔隙率及比表面積（367m2g-1），石墨烯構(gòu)筑出三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為離子擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移提供了快速通道，并為復(fù)合材料提供了一些電容行為。XPS測(cè)試表明復(fù)合材料中的N原子含量為2.45％，N原子的存在可以進(jìn)一步為電極提供電容作用。利用復(fù)合材料中的電容型成分（活性炭和石墨烯）對(duì)電流的緩沖作用，實(shí)現(xiàn)了超高倍率下的穩(wěn)定充放電。該電極在100C下

5、容量高達(dá)66mAh g-1，經(jīng)過(guò)3000次循環(huán)，容量保持率達(dá)到82％。
　　通過(guò)在磷酸鐵鋰合成過(guò)程中加入石墨烯片層，使磷酸鐵鋰顆粒原位生長(zhǎng)在石墨烯片層表面，制備磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料。該復(fù)合材料中，石墨烯與磷酸鐵鋰顆粒緊密結(jié)合;磷酸鐵鋰顆粒緩解了石墨烯片層在合成過(guò)程中的重新堆垛現(xiàn)象;經(jīng)過(guò)原位氮摻雜的石墨烯形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性和與電解液的浸潤(rùn)性，并且可以提供部分贗電容。該復(fù)合材料在1C的電流密度下的可逆容量為