基于磷-碳復(fù)合物的鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用研究.pdf

1、目前，商業(yè)化鋰離子電池主要采用理論比容量較低的石墨(372 mAh/g)作負(fù)極，雖其具有良好的循環(huán)性能，但難以滿足人類對(duì)鋰離子電池高比容量的需求。因此，探尋高容量及優(yōu)異循環(huán)性能的儲(chǔ)鋰材料已成為研究熱點(diǎn)。磷因具有高理論比容量(2596 mAh/g)及優(yōu)秀倍率性能等優(yōu)點(diǎn)，成為新型負(fù)極材料。單質(zhì)磷電導(dǎo)率低，且金屬磷化物在循環(huán)充放電時(shí)，金屬顆粒團(tuán)聚，均致使材料電化學(xué)性能較低。故磷/碳復(fù)合物成為鋰離子電池負(fù)極材料的較優(yōu)候選擇。本論文圍繞磷/碳復(fù)合

2、負(fù)極材料首次不可逆比容量高和循環(huán)性能差的問(wèn)題，并結(jié)合目前研究現(xiàn)狀，對(duì)其成分、制備方法及結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：
　　(1)以具有高模量及高導(dǎo)電性能的多壁碳納米管(MWCNTs)和紅磷(P)為原料，采用簡(jiǎn)單高效的無(wú)氧濕法高能球磨技術(shù)制備了具有無(wú)定形紅磷薄層包覆MWCNTs結(jié)構(gòu)的P@MWCNTs復(fù)合負(fù)極材料，并研究其電化學(xué)性能。該材料的可逆比容量高達(dá)1396.6 mAh/g，首次庫(kù)倫效率約為77.94％。循環(huán)50次后，脫鋰容

3、量保持率仍為90％。在電流密度100、200、500 mA/g，甚至1000mA/g，其可逆比容量依然分別保留1374、1252.3、1095.3和934.0 mAh/g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:無(wú)定形紅P利于Li+的擴(kuò)散，且其包覆結(jié)構(gòu)大幅度縮短了P與MWCNTs兩者間的電子傳導(dǎo)距離，極大地減小了負(fù)極材料的傳荷阻抗。MWCNTs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)除了提高材料整體的電導(dǎo)率外，也對(duì)無(wú)定形紅P嵌脫鋰反應(yīng)時(shí)的體積膨脹有一定的緩解作用。因此，P@MWCNTs有望成為

4、性能優(yōu)良的鋰離子電池負(fù)極材料。
　　(2)利用同是碳材料的石墨烯(GE)高比表面積(2630m2/g)、良好的導(dǎo)電性能及高機(jī)械強(qiáng)度和柔韌度的優(yōu)勢(shì)，采用霧化干燥技術(shù)一步制備了具有GE褶皺包覆紅P微顆粒的GE@P復(fù)合負(fù)極材料，并研究其儲(chǔ)鋰電化學(xué)性能。其中30％GE@P的可逆比容量高達(dá)1030.3mAh/g，50％GE@P的可逆比容量也達(dá)到了700.7mAh/g。在電流密度100、200、500mA/g，甚至1000mA/g，50％GE