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、安全性好，是目前應(yīng)用最廣泛的儲能體系。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、價格低廉等優(yōu)點。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)合材料同時兼具超級電容器的雙電層吸附作用和鋰離子電池的電化學(xué)儲能行為，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時可逆容量仍可達到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）對電流的緩沖作用，實現(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66mAh g-1，經(jīng)過3000次循環(huán)，容量保持率達到82％。
　　通過在磷酸鐵鋰合成過程中加入石墨烯片層，使磷酸鐵鋰顆粒原位生長在石墨烯片層表面，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程中的重新堆垛現(xiàn)象;經(jīng)過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