石墨烯及其改性LiFePO4正極材料的制備及性能研究.pdf

1、本論文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對于如何通過簡便方法合成石墨烯復(fù)合改性LiFePO4正極材料，制備出大電流充放電、高容量和循環(huán)性能較好的LiFePO4復(fù)合材料做了系統(tǒng)研究。
　　通過改性Hummers法來合成石墨烯的中間體氧化石墨烯。其最佳的合成條件為:合成溫度0℃(2h)、35℃(3h)和95℃(0.5h)，加H2O2時輔助超聲波處理。通過XRD、FT-IR、SEM和TEM等進(jìn)一步表征發(fā)現(xiàn):制備的氧化石墨烯出現(xiàn)(001)特征衍射峰

2、，樣品上含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧官能團(tuán)，形貌觀察發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯在空間上分散均勻，具有典型的二維晶體結(jié)構(gòu)，制備的氧化石墨烯層數(shù)非常少，質(zhì)量非常高。
　　利用氧化石墨烯和LiFePO4前驅(qū)體材料在一定條件下形成干凝膠，再通過高溫有機(jī)碳熱還原燒結(jié)成LiFePO4/graphene復(fù)合材料。研究不同質(zhì)量比的氧化石墨烯(0、1％、3％、6％、9％)對LiFePO4/graphene復(fù)合材料性能的影響。氧化石墨烯添加量為6％時所制備的LiF

3、ePO4/graphene復(fù)合材料在不同倍率0.2C、0.3C、1C、2C下的循環(huán)性能最佳，且碳含量最低為1.48％。通過XRD、SEM物理檢測結(jié)果表明:合成的LiFePO4/graphene復(fù)合材料具有標(biāo)準(zhǔn)的橄欖石型結(jié)構(gòu)，粒徑在200nm左右。通過電化學(xué)CV、EIS表明:復(fù)合材料極化變小，Li+離子擴(kuò)散速率和電導(dǎo)率得到提高。恒流充放電表明:制備的LiFePO4/graphene復(fù)合材料在0.1C和5C的電流下首次充放電為163.81m

4、Ah/g和101.57mAh/g，0.5C下循環(huán)60次，容量保持率為97.46％。
　　采用不同摩爾質(zhì)量比的Co2+與LiFePO4原材料混合形成前驅(qū)體，經(jīng)高溫氣氛燒結(jié)成功得到LiCoxFe1-xPO4/C復(fù)合材料。XRD分析表明:LiCo0.03Fe0.97PO4/C復(fù)合材料對應(yīng)著標(biāo)準(zhǔn)橄欖石結(jié)構(gòu)，沒有出現(xiàn)Co2+或其他雜質(zhì)的衍射峰;SEM分析表明:晶體生長較完整，顆粒尺寸減小。恒流充放電測試表明:LiCo0.03Fe0.97PO

5、4/C復(fù)合材料首次充放電平臺電壓差為0.11V;0.1C首次放電比容量153.34mAh/g，庫倫效率96.95％;0.5C放電比容量達(dá)到123.83mAh/g且循環(huán)70次容量保持率達(dá)到90.66％。
　　采用溶膠凝膠原位碳熱還原法制備了LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene鋰離子電池正極材料，物理檢測結(jié)果表明:合成的LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene復(fù)合材料具有標(biāo)準(zhǔn)的橄欖石型結(jié)構(gòu)，結(jié)晶性變好，顆粒

6、200nm左右，石墨化程度提高;Co2+離子的完全摻雜取代了部分Fe2+位，縮小了LiFePO4晶胞體積。CV、EIS表明:LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene復(fù)合材料極化變小，Li+離子擴(kuò)散速率和電導(dǎo)率得到提高。恒流充放電測試表明:制備的LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene復(fù)合材料在0.1C和10C的電流放電首次為159 mAh/g和74 mAh/g，0.5C電流下循環(huán)100次，容量保持率為99.70％