磷酸鐵鋰-石墨烯復(fù)合材料的制備和電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池是最有潛力的電源之一，它可以作為電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能電池和大規(guī)模的儲(chǔ)能。這需要鋰離子電池具有高的能量密度、高安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命。磷酸鐵鋰由于本身具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能好、資源豐富和無毒等優(yōu)點(diǎn)，特別適合制作成大尺寸電池，尤其是適合應(yīng)用于電動(dòng)汽車。但本身低的離子電導(dǎo)率和電子導(dǎo)電性制約了它的廣泛應(yīng)用，尤其是倍率性能較差。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)碳包覆是最有效和常用的方法之一。石墨烯作為一種新型的碳源，已被證明能夠有效改善鋰離子電池的電化學(xué)性能

2、。
　　本文以磷酸鐵，氫氧化鋰和碳源為原料，采用固相法制備了LiFePO4（LFP）及 LFP復(fù)合材料。研究了合成 FePO4的優(yōu)化條件，并采用優(yōu)化后制備的 FePO4制備了 LFP/石墨烯和 LFP/活化石墨烯復(fù)合材料，利用 SEM、XRD、Raman和TG等表征手段對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，采用電池測(cè)試系統(tǒng)和電化學(xué)工作站等手段對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行表征，討論了 LFP復(fù)合材料的電化學(xué)性能。主要結(jié)論如下：
　　1

3、.通過液相沉淀法制備了FePO4，比較不同溫度、濃度和pH對(duì)FePO4的形貌和結(jié)晶度的影響，結(jié)果表明：在溫度為70℃，溶液濃度為0.05mol/L，pH為1.5-2的條件下制備的 FePO4，顆粒粒徑較小且分散均勻，粒徑位于100-200nm之間，結(jié)晶性也較好。
　　2.以FePO4、LiOH和碳源為原料，采用固相法合成了LFP/G復(fù)合材料，測(cè)試結(jié)果表明：LFP/G樣品為橄欖石結(jié)構(gòu)，保持了FePO4的形貌，顆粒粒徑較小，位于100

4、-200nm之間，并與石墨烯形成了性能穩(wěn)定的復(fù)合材料；LFP/G具有較好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，0.2C和8C倍率下的放電比容量分別為151.6mAh/g和116.8mAh/g，而對(duì)應(yīng)的LFP/C只有150.6mAh/g和106.8mAh/g，LFP/G在8C倍率下的比容量較LFP/C多了10mAh/g；循環(huán)性能較好，1C循環(huán)100次后的保持率為97.5％，高于LFP/C的95.6%；循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗圖譜表明LFP/G具有較好的電化學(xué)可逆性和較

5、小的電荷傳遞阻抗。
　　3.在高溫下采用KOH刻蝕石墨烯制得活化石墨烯（CA-G），研究活化石墨烯對(duì)LFP性能的影響，比較了LFP/CA-G和LFP/G的電化學(xué)性能。測(cè)試結(jié)果表明：通過固相法制備的LFP/CA-G復(fù)合材料穩(wěn)定性較好，1C循環(huán)100次后的容量保持率接近100%；LFP/CA-G復(fù)合材料的0.2C放電比容量為150.2mAh/g，較LFP/G提高了2.5mAh/g；活化石墨烯的加入較大幅度地提高了材料的比表面積和倍率性