鋰離子電池LiFePO4-V2O5-石墨烯正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染的加劇及化石能源的消耗，開(kāi)發(fā)新的清潔能源以及能源的轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)刻不容緩。而在所有這些能源存儲(chǔ)設(shè)備中，鋰離子電池因其綠色高效備受關(guān)注，已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其中，其中LiFePO4電極由于其突出的安全性能和低廉的價(jià)格，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而隨著電動(dòng)汽車、便攜式電子設(shè)備的發(fā)展，LiFePO4電極存在的比容量低、動(dòng)力學(xué)性能欠佳等問(wèn)題成為限制其發(fā)展的主要因素，循環(huán)壽命和倍率性能等，需要大幅度提高。基于此，本文從降低材料的尺寸出發(fā)制

2、備了LiFePO4納米粒子，縮短其離子擴(kuò)散路徑；并通過(guò)與高電導(dǎo)率的石墨烯、高比容量的V2O5的自組裝實(shí)現(xiàn)三元異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的雜化，提高其電導(dǎo)率與比容量。
　　在LiFePO4納米粒子的制備過(guò)程中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)的系統(tǒng)研究，得出在三種原料摩爾比Fe：PO4：Li=1:1:2.5、反應(yīng)溫度為200℃且反應(yīng)時(shí)間為10h時(shí)合成樣品的形貌更加均一且分散性好。對(duì)該實(shí)驗(yàn)條件下合成的樣品進(jìn)行CV、EIS和充放電等電化學(xué)性能研究，得出在電流密度為

3、0.05C和0.1C時(shí)循環(huán)100圈后的放電比容量分別可以達(dá)到74.8mAh·g-1和30.2mAh·g-1，且在倍率性能測(cè)試中在10C電流密度下循環(huán)16次后的放電比容量為30.2mAh·g-1。
　　在LiFePO4納米粒子與片狀石墨烯的自組裝過(guò)程中，得到最佳組裝效果的實(shí)驗(yàn)條件是二者在140W的功率下超聲8h，質(zhì)量比為9:1。通過(guò)SEM、TEM和EDS等測(cè)試手段對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，對(duì)比該樣品與純LiFePO4納米粒子的電化學(xué)性能，發(fā)

4、現(xiàn)前者的倍率和循環(huán)性能有了較大的改進(jìn)。在電流密度為0.05C和0.1C時(shí)循環(huán)100圈后的放電比容量可以達(dá)到129.6mAh·g-1和125.8mAh·g-1，在電流密度為2C和5C時(shí)循環(huán)100圈后的放電比容量仍可以達(dá)到119.9mAh·g-1和97.8mAh·g-1，表明組裝后的樣品在大電流下能表現(xiàn)出穩(wěn)定的電化學(xué)性能。此外，在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C電流密度下各循環(huán)16圈，在10C循環(huán)后的放電比容量可以達(dá)到

5、82.2mAh·g-1。
　　最后，是LiFePO4納米粒子、V2O5納米線及片狀石墨烯三者的自組裝過(guò)程。同樣可得出三者是在140W的功率下超聲8h得到的產(chǎn)品組裝效果更佳，在該實(shí)驗(yàn)條件下，做了三組不同質(zhì)量比的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)形貌和電化學(xué)性能的對(duì)比，可以得出質(zhì)量比為6:3:1時(shí)樣品的性能最優(yōu)。在電流密度為2C和5C時(shí)循環(huán)100圈后的放電比容量分別是139.9mAh·g-1和133.3mAh·g-1，且在0.1C、0.2C、0.5C、1C、