石墨烯基鋰-有機(jī)物電池電極材料制備及電化學(xué)性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、鋰-有機(jī)物電池是一種新興二次電池,相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的無(wú)機(jī)材料,有機(jī)材料具有理論比容量高、結(jié)構(gòu)多樣、原料資源豐富、環(huán)境友好、成本低等優(yōu)點(diǎn),在便攜式電子設(shè)備、新動(dòng)力交通工具等技術(shù)飛速發(fā)展的今天,有機(jī)材料在儲(chǔ)能器件領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?。然而,由于大部分的有機(jī)物是不導(dǎo)電的絕緣體,在電池充放電循環(huán)過(guò)程中反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物較多,有機(jī)物鋰鹽極易溶解于有機(jī)電解液中造成活性物質(zhì)的流失等問(wèn)題限制了鋰-有機(jī)物電池的研究進(jìn)展以及在實(shí)際中的應(yīng)用。
  

2、本課題在研究有機(jī)物在鋰電池中的電化學(xué)性能的基礎(chǔ)上得出鋰有機(jī)物電池電化學(xué)性能衰減迅速的幾個(gè)重要原因,從而針對(duì)問(wèn)題本質(zhì)探索改善其性能的方法,從電化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)方法成功提高了有機(jī)物的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)首先選取SAD、NAD、NTCDA和PTCDA這四種有機(jī)酸酐類(lèi)材料作為活性物質(zhì)應(yīng)用于鋰電池正極材料。通過(guò)對(duì)材料在充放電前和充放電過(guò)程中的恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、FT-IR紅外光譜等測(cè)試和分析手段,分

3、析得出:有機(jī)活性物質(zhì)在鋰電池中容易溶解于電解液中造成正極材料的損失;分子量最小的有機(jī)物丁二酸酐(SAD)更容易發(fā)生溶解,從第一圈放電比容量217mAh/g(理論容量的80%)第二圈衰減至56mAh/g,而在5圈之后放電比容量迅速衰減并穩(wěn)定在23mAh/g。而分子量最大的苝四甲酸二酐(PTCDA)100圈電化學(xué)循環(huán)后其放電比容量從初放的130.8 mAh/g(理論容量的95%)緩慢下降到86 mAh/g。根據(jù)SEM表征結(jié)果分析,電池鋰片上

4、的沉積物越多,有機(jī)物電化學(xué)性能越差;在恒流充放電過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)鋰鹽溶解于電解液中發(fā)生穿梭效應(yīng)穿過(guò)電池隔膜沉積在負(fù)極鋰片上,極大影響了鋰片的利用率。
  在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)制備了一種有機(jī)物-石墨烯復(fù)合材料作為鋰電池正極材料,其中化學(xué)改性的石墨烯片經(jīng)試驗(yàn)證明具有良好的電子導(dǎo)電性,其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)為有機(jī)物提供了電子運(yùn)輸通道,在層狀結(jié)構(gòu)中還存在著豐富的交聯(lián)的孔洞結(jié)構(gòu)更有效地阻礙了有機(jī)物及其反應(yīng)產(chǎn)物有機(jī)鋰鹽與電解液直接接觸發(fā)生溶出和穿梭效應(yīng)

5、;石墨烯片的層狀結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積,為有機(jī)物顆粒的附著提供了很大空間,增加了有機(jī)物與鋰離子的接觸,便于發(fā)生鋰離子的脫嵌反應(yīng);因此實(shí)驗(yàn)有效改善了有機(jī)物的電化學(xué)性能,以 PTCDA為例,PTCDA/Super-P/PVDF電極電化學(xué)循環(huán)100圈后容量由130mAh/g衰減到86 mAh/g,且仍有繼續(xù)衰減趨勢(shì),而PTCDA-CCG復(fù)合材料電極在200圈后仍能保留95mAh/g的放電比容量且容量穩(wěn)定,分析得出,有機(jī)物與石墨烯復(fù)合不僅可

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