鋰離子電池石墨負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)壽命長以及環(huán)境友好等特點，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)壽命短等問題。針對上述缺陷，本課題結合前人的改性方法，對石墨負極材料進行改性研究。
　　采用改進的Hummers法將石墨轉變?yōu)檠趸?，將含氧官能團引入石墨層間。通過單因素實驗分別探究了氧化劑濃硫酸、高錳酸鉀及雙氧水對氧化石墨微觀

2、結構的影響。結合XRD及FTIR分析結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構的薄片松散的聚集重疊在一起構成。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。激光粒度測試結果顯示所

3、制備的氧化石墨D50為13.67um，D90為5.09um，粒度分布較窄，基本呈標準正態(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/檸檬酸鐵前驅體材料。并在通有氮氣的氣氛管式爐進行熱處理，制備出還原石墨烯(r-GO)/Fe3O4復合材料?？疾炝藱幟仕徼F添加量、煅燒溫度、保溫時間對產(chǎn)物微觀結構及電池性能的影響。實驗結果表明:當檸檬酸鐵添加量為1.0g，煅燒溫度650℃，保溫時間為2h時制備的r-GO/Fe

4、3O4復合材料電池性能優(yōu)異。充放電比容量分別為418.905mAhg-1和519.817mAhg-1，首次庫侖效率達到80.7％。經(jīng)過20個循環(huán)的充放電測試后，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72.7％。
　　采用原位聚合的方法在氧化石墨/檸檬酸鐵前驅體材料上制備聚苯胺，通過改變苯胺用量來改變聚苯胺的包覆量，間接探究聚苯胺包覆處理對材料結構及電池性能的影響

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