鋰離子電池電極材料石墨烯以及磷酸鐵鋰的制備與電化學(xué)性能研究(1)

1、鋰離子電池電極材料石墨烯以及磷酸鐵鋰的制備與電化學(xué)性能研究Studyonpreparationelectrochemicalpropertiesoflithiumionbatteryelectrodematerialsofgraphenelithiumironphosphate一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)研究生：劉厚彬指導(dǎo)教師：唐致遠(yuǎn)教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一四年四月摘要鋰離子電池由于具有快速充放，無(wú)記憶效應(yīng)以及高容量等優(yōu)

2、勢(shì)，已經(jīng)成為新能源發(fā)展主要的方向。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，由于原料來(lái)源廣泛，對(duì)環(huán)境友好，使用安全等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸成為動(dòng)力型鋰離子電池的主要材料。但是磷酸鐵鋰因?yàn)樽陨磔^低的電導(dǎo)率與能量密度限制了其在鋰離子電池中的大規(guī)模應(yīng)用，因此對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行改性使其具有優(yōu)秀的倍率性能與循環(huán)性能成為本文研究的主要內(nèi)容。本文主要的研究?jī)?nèi)容包括石墨烯(GS)與磷酸鐵鋰的制備，并以碳和石墨烯兩種不同類型的碳源對(duì)其進(jìn)行改性，優(yōu)化制備出性能優(yōu)越的磷酸鐵鋰石墨烯

3、復(fù)合正極材料。在石墨烯的制備過(guò)程中，本文首次采用一種在室溫環(huán)境下，以LiAlH4與PBr3作為雙重還原劑還原氧化石墨來(lái)快速制備石墨烯的方法。結(jié)果表明所制備的石墨烯層數(shù)較少，約為三層左右。作為負(fù)極材料應(yīng)用于鋰半電池，在電流密度為100mAg下，首次充放電比容量分別為1029.4，855.1mAhg，庫(kù)倫效率可以達(dá)到83.1%。經(jīng)過(guò)21次循環(huán)后，可逆放電比容量仍然可以達(dá)到760.7mAhg，顯示出了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能。在LiFePO4前驅(qū)體

4、的制備過(guò)程中，本文分別采用溶膠凝膠、溶劑熱兩種方法。研究發(fā)現(xiàn)采用溶劑熱法制備的LiFePO4C樣品具有非常優(yōu)秀的微觀形貌與電化學(xué)性能，并對(duì)反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度以及碳含量進(jìn)行了詳細(xì)的考察。結(jié)果表明在130℃反應(yīng)5h，葡萄糖加入量為15%時(shí)制備的樣品具有較好的結(jié)晶度與分散性。在0.2，0.5，1，3C倍率下，放電比容量分別為159.4，155.6，151.9，141.9mAhg，具有非常優(yōu)秀的倍率性能。在5，10，20，30C倍率下循環(huán)100

5、次，容量保持率分別為97.0%，99.6%，97.1%，95.6%，顯示出優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能。在LiFePO4GS復(fù)合電極材料的制備過(guò)程中，主要研究了石墨烯的加入量對(duì)復(fù)合材料形貌與電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)在制備LiFePO4GS復(fù)合材料過(guò)程中，石墨烯加入量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致晶體具有較大顆粒；石墨烯加入量過(guò)多會(huì)在LiFePO4顆粒表面包裹較厚的石墨烯層，導(dǎo)致電化學(xué)性能下降。結(jié)果表明當(dāng)石墨烯加入量為5%時(shí)制備的LiFePO4GS樣品表現(xiàn)最佳，晶體