鋰離子電池正極材料LiFePO4-rGO的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近十幾年來，鋰離子電池正極材料LiFePO4由于低成本、低毒性、相對較高的理論比容量(170 mAh g-1)等優(yōu)勢，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和研究，但是LiFePO4自身導(dǎo)電性低和鋰離子擴(kuò)散速率慢的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了它的實(shí)際應(yīng)用，例如混合動力電車。石墨烯是一種新型碳材料，具有導(dǎo)電性高、比表面積大等特點(diǎn)，可以用來改善LiFePO4的電化學(xué)性能。本論文在綜述了鋰離子電池的發(fā)展及制備方法的基礎(chǔ)上，采用了均相共沉淀與高溫固相法相結(jié)合的方法制備了LiF

2、ePO4與還原氧化石墨烯（LiFePO4/rGO）復(fù)合材料，以及采用水熱法制備了FePO4與還原氧化石墨烯（FePO4/rGO）復(fù)合材料，并對合成的材料進(jìn)行了一系列的物理性能和電化學(xué)性能測試，具體工作如下:
　　(1)采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨(GO)。對制備的氧化石墨進(jìn)行了XRD及SEM表征。結(jié)果顯示制備的氧化石墨具有典型褶皺的石墨烯片狀結(jié)構(gòu)形貌。將已制備的GO進(jìn)行高溫?zé)徇€原處理，形成還原氧化石墨烯rGO，Rama

3、n光譜顯示rGO具有高的ID/IG強(qiáng)度(ID/IG=1.3)，說明rGO有著比較高的紊亂程度。對rGO材料進(jìn)行恒流充放電測試，測試結(jié)果表明，rGO作為鋰離子電池正極材料時，在電壓范圍為2-3.8 V，電流密度為0.06 C的條件下，只有48 mAh g-1的比容量。
　　(2)用共沉淀和高溫固相法相結(jié)合的方法制備出了不同rGO含量的LiFePO4/rGO復(fù)合材料。首先通過均相共沉淀的方法制備出了FePO4/GO前驅(qū)體。對FePO4

4、/GO前驅(qū)體進(jìn)行XRD、SEM、TEM測試，結(jié)果表明FePO4/GO前驅(qū)體為無定形狀態(tài)，顆粒的大小為20 nm左右，F(xiàn)ePO4納米顆粒均勻地分布在GO片狀結(jié)構(gòu)上。然后將FePO4/GO前驅(qū)體與適量的LiOH·H2O混合均勻，經(jīng)過高溫煅燒制備出了rGO含量分別為5％、7％、15％、25％的四種LiFePO4/rGO復(fù)合材料。對合成的復(fù)合材料進(jìn)行了XRD、SEM、TEM、XPS、恒流充放電測試、循環(huán)伏安性能測試。測試結(jié)果表明:LiFePO4

5、有規(guī)整的橄欖石晶形，顆粒大小大約為100nm，LiFePO4納米顆粒通過rGO中保留的一些含氧官能團(tuán)緊密附著在rGO片狀結(jié)構(gòu)上。合成的還原氧化石墨烯含量為15％的LiFePO4/rGO復(fù)合材料在2-3.8 V的電壓范圍內(nèi)，0.06C的電流密度下，首次放電比容量達(dá)到了172mAh g-1，庫倫效率為107.5％，在電流密度高達(dá)11.8 C的條件下，仍有比較高的放電比容量139 mAh g-1，經(jīng)過50次循環(huán)后，復(fù)合材料的放電比容量為168

6、mAhg-1，容量保留率達(dá)到了97.5％，說明復(fù)合材料有著好的電化學(xué)性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(3)以GO，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，H3PO4，十二烷基硫酸鈉(SDS)為原料通過水熱的方法制備了FePO4/rGO復(fù)合材料。對制備的復(fù)合材料進(jìn)行XRD、SEM、恒流充放電性能測試。測試結(jié)果表明:用這種方法制備出來的FePO4/rGO復(fù)合材料為球狀顆粒，大小為150 nm左右，均勻分散并附著在還原氧化石墨烯片狀結(jié)構(gòu)上