石墨鋰離子電池負(fù)極材料的改性研究.pdf

1、當(dāng)代社會(huì)面臨的能源短缺的問題愈加嚴(yán)峻，可再生能源的開發(fā)以及與之相關(guān)的儲(chǔ)能設(shè)備的研究受到了廣泛關(guān)注。鋰離子電池有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。石墨由于成本低，環(huán)境友好，充放電電壓低，穩(wěn)定性好成為目前商業(yè)化程度最高的負(fù)極材料。但是，石墨的比容量較低，在循環(huán)過程中由于會(huì)發(fā)生石墨片層的剝落而縮短壽命，倍率性能和低溫性能較差，尚不能滿足新一代電動(dòng)汽車對(duì)高能量密度和高功率密度的動(dòng)力系統(tǒng)的要求。為了得到電化學(xué)性能更為優(yōu)異的石墨負(fù)

2、極材料，本文制備了不同化合物改性的石墨材料，并對(duì)材料的微觀形貌，化學(xué)成分和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　(1)偏鋁酸鋰作為一種有前途的鋰離子導(dǎo)體，在改性鋰離子電池負(fù)極材料方面沒有得到應(yīng)有的重視。本文通過簡(jiǎn)單地將適當(dāng)比例的Al(NO3)3、LiNO3和石墨均勻混合并燒結(jié)，成功制備出LiAlO2/C改性納米復(fù)合材料，并利用X射線光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)對(duì)LiAlO2改性石墨顆粒進(jìn)行了分析。電化學(xué)測(cè)試表明，LiAlO2/C

3、復(fù)合材料在0.1C的電流密度下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能。掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試和拉曼光譜表明，燒結(jié)引起表面無序化程度的增加和LiAlO2納米顆粒的均勻分布，這兩者均可以提高電池的電化學(xué)性能。利用了第一性原理模擬方法，確認(rèn)了鋰離子的傳輸途徑，證明了使用無機(jī)化合物來改善石墨的電化學(xué)性能的可行性。結(jié)果表明，偏鋁酸鋰晶格中的空位和原有的鋰可以為鋰離子傳輸提供三維通道，是一種優(yōu)良的鋰離子導(dǎo)體。
　　(2)Li+插入/脫出過

4、程中嚴(yán)重的體積變化和快速的容量衰減限制了氧化銅作為鋰離子電池負(fù)極材料和電極材料的潛在應(yīng)用。為了改善石墨的電化學(xué)性能，提出了一種通過在高溫下分解Cu(CH3COO)2.H2O來獲得納米銅氧化物的新方法。通過混合溶液和高溫?zé)Y(jié)制備出含有無機(jī)化合物的改性石墨，其在120次循環(huán)后、在0.5C的電流密度下的放電容量為493.3mAh/g，并且在0.1C的電流密度下循環(huán)155次后、其容量從522.8增加到675.9mAh/g。顯微組織分析表明，石墨

5、層的厚度和無序度的變化是由化學(xué)反應(yīng)引起的。通過第一性原理計(jì)算研究了嵌入不同金屬離子的石墨的結(jié)構(gòu)，電導(dǎo)率和儲(chǔ)鋰性能。結(jié)果證明金屬嵌入可以有效地改善材料的性能。
　　(3)前人的工作證明，鋰離子電池石墨負(fù)極的電化學(xué)性能可以通過熔融的堿金屬鹽處理石墨來改善。本文提出了一種將石墨顆粒和氯化鉀與去離子水簡(jiǎn)單混合并燒結(jié)制備鋰離子電池石墨負(fù)極材料的方法，該方法安全、簡(jiǎn)單且成本低。與未處理的石墨相比，經(jīng)過200次循環(huán)后，氯化鉀改性石墨的倍率性能在