鋰離子電池石墨負(fù)極材料的改性及性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度大、工作電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為性能最佳的電池體系。石墨因其自身的優(yōu)良特性廣泛用作鋰離子電池負(fù)極材料，但仍存在諸如與溶劑相容性差，首次充放電可逆容量低，循環(huán)壽命短等問(wèn)題。針對(duì)上述缺陷，本課題結(jié)合前人的改性方法，對(duì)石墨負(fù)極材料進(jìn)行改性研究。
　　采用改進(jìn)的Hummers法將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瑢⒑豕倌軋F(tuán)引入石墨層間。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)分別探究了氧化劑濃硫酸、高錳酸鉀及雙氧水對(duì)氧化石墨微觀

2、結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)合XRD及FTIR分析結(jié)果確定了三種氧化劑的最佳添加量分別為:H2SO4200ml，KMnO420g，H2O225ml。在氧化劑最佳添加量條件下所制備出的氧化石墨的SEM圖顯示其是由具有褶皺結(jié)構(gòu)的薄片松散的聚集重疊在一起構(gòu)成。XRD譜圖顯示在2θ約為11°附近出現(xiàn)了氧化石墨的特征峰，計(jì)算其層間距為0.8436nm。紅外光譜譜圖證明氧化石墨表面含有大量的-OH、-COOH、C=O、C=C等極性含氧基團(tuán)。激光粒度測(cè)試結(jié)果顯示所

3、制備的氧化石墨D50為13.67um，D90為5.09um，粒度分布較窄，基本呈標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。
　　在超聲波的作用下，將檸檬酸鐵引入氧化石墨層間，制得氧化石墨/檸檬酸鐵前驅(qū)體材料。并在通有氮?dú)獾臍夥展苁綘t進(jìn)行熱處理，制備出還原石墨烯(r-GO)/Fe3O4復(fù)合材料?？疾炝藱幟仕徼F添加量、煅燒溫度、保溫時(shí)間對(duì)產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)及電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)檸檬酸鐵添加量為1.0g，煅燒溫度650℃，保溫時(shí)間為2h時(shí)制備的r-GO/Fe

4、3O4復(fù)合材料電池性能優(yōu)異。充放電比容量分別為418.905mAhg-1和519.817mAhg-1，首次庫(kù)侖效率達(dá)到80.7％。經(jīng)過(guò)20個(gè)循環(huán)的充放電測(cè)試后，樣品充電比容量由最初的418.905mAhg-1降低至393.316mAhg-1，20次循環(huán)后容量保持率高達(dá)72.7％。
　　采用原位聚合的方法在氧化石墨/檸檬酸鐵前驅(qū)體材料上制備聚苯胺，通過(guò)改變苯胺用量來(lái)改變聚苯胺的包覆量，間接探究聚苯胺包覆處理對(duì)材料結(jié)構(gòu)及電池性能的影響

5、。XRD結(jié)果顯示:聚苯胺以無(wú)定型態(tài)包覆在r-GO/Fe3O4材料表面。通過(guò)對(duì)比材料首次充放電曲線以及比容量得知，經(jīng)過(guò)聚苯胺包覆后材料的充放電比容量及庫(kù)侖效率有了明顯的提高。當(dāng)苯胺用量為0.15mol時(shí)，首次充放電比容量分別為569.332mAh/g和655.720mAh/g，逆容量最大，首次充放電效率達(dá)到了86.8％。經(jīng)過(guò)20個(gè)循環(huán)以后，材料的循環(huán)效率均達(dá)到96％以上，容量保持率為91.2％。
　　與單純的石墨負(fù)極相比，聚苯胺包覆