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《青岛科技大学》 2016年
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石墨烯改性锂离子电池正极材料的研究

李帅  
【摘要】:作为性能优异的锂离子正极材料,磷酸铁锂较低的电子电导率和较低的离子电导率以及锰酸锂在电化学循环过程中容量衰退的问题限制了它们的发展。石墨烯导电性好、机械性能好、化学稳定性高,可用来改性磷酸铁锂、锰酸锂正极材料,提高其电子电导率,且石墨烯作为保护层,可以起到缓冲体积膨胀、增加锰酸锂和磷酸铁锂的循环稳定性、降低容量衰退的作用。本论文主要研究石墨烯改性锂离子电池正极材料的制备方法,探讨了以石墨烯直接掺杂磷酸铁锂,以及化学气相沉积(CVD法)制备石墨烯原位包覆磷酸铁锂,对电池正极材料进行改性的方法。研究了碳源、生长基体、载气体以及温度的控制对改性材料的影响,用XRD、SEM、TEM、元素分析以及拉曼光谱等表征手段对改性后材料的晶体结构、表面形貌进行分析表征,优化制备工艺条件。化学气相沉积法(CVD法)制备石墨烯原位包覆锂离子正极材料锰酸锂的优化工艺条件,N2氛围,反应温度800℃、催化剂A用量0.1%以及苯用量为1 ml。测试石墨烯改性锰酸锂正极材料的电导率,由2.48×10-5 s/cm提高近20倍至4.65×10-4 s/cm。当反应温度为800℃、苯用量为0.2 ml以及催化剂A用量为0.1%时,得到的LiFePO4/G复合材料的改性效果最好,电化学性能测试结果表明:改性后锂离子正极材料磷酸铁锂的电导率由4.70×10-4 s/cm上升至0.93 s/cm,提高四个数量级。电流密度为0.1 C时,LiFePO4正极材料放电比容量由133.9 mA·h/g提高至153.3mA·h/g;石墨烯原位包覆磷酸铁锂可以提高磷酸铁锂正极材料的循环稳定性,当电流密度为0.5 C下,Li FePO4/G复合材料经130次循环充放电以后,放电比容量保持率由77.2%增加到91.1%;且在不同电流密度下(0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C、5 C),放电比容量保持率均高于磷酸铁锂正极材料;在开路电压,扫描频率为0.01Hz~100kHz时,Li FePO4/G复合材料的阻抗为129Ω减小52.40%;在扫描速率为0.1mV/s以及电压范围为2.5 V~4.2 V下,Li FePO4/G复合材料的循环伏安特性改善,电位压差由0.51V降至0.38 V,材料极化程度下降,提高材料反应活性。综上所述:CVD法制备石墨烯原位包覆磷酸铁锂,有效降低了材料的电阻、极化以及缓冲磷酸铁锂在充放电过程中的体积膨胀,改善磷酸铁锂的电化学稳定性。
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM912

【参考文献】
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