石墨鋰離子電池負極材料的改性研究.pdf

1、當代社會面臨的能源短缺的問題愈加嚴峻，可再生能源的開發(fā)以及與之相關的儲能設備的研究受到了廣泛關注。鋰離子電池有體積小、重量輕、壽命長、環(huán)境友好、無記憶效應等優(yōu)點。石墨由于成本低，環(huán)境友好，充放電電壓低，穩(wěn)定性好成為目前商業(yè)化程度最高的負極材料。但是，石墨的比容量較低，在循環(huán)過程中由于會發(fā)生石墨片層的剝落而縮短壽命，倍率性能和低溫性能較差，尚不能滿足新一代電動汽車對高能量密度和高功率密度的動力系統(tǒng)的要求。為了得到電化學性能更為優(yōu)異的石墨負

2、極材料，本文制備了不同化合物改性的石墨材料，并對材料的微觀形貌，化學成分和反應機理進行了分析。
　　(1)偏鋁酸鋰作為一種有前途的鋰離子導體，在改性鋰離子電池負極材料方面沒有得到應有的重視。本文通過簡單地將適當比例的Al(NO3)3、LiNO3和石墨均勻混合并燒結，成功制備出LiAlO2/C改性納米復合材料，并利用X射線光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)對LiAlO2改性石墨顆粒進行了分析。電化學測試表明，LiAlO2/C

3、復合材料在0.1C的電流密度下表現出優(yōu)異的循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能。掃描電子顯微鏡(SEM)測試和拉曼光譜表明，燒結引起表面無序化程度的增加和LiAlO2納米顆粒的均勻分布，這兩者均可以提高電池的電化學性能。利用了第一性原理模擬方法，確認了鋰離子的傳輸途徑，證明了使用無機化合物來改善石墨的電化學性能的可行性。結果表明，偏鋁酸鋰晶格中的空位和原有的鋰可以為鋰離子傳輸提供三維通道，是一種優(yōu)良的鋰離子導體。
　　(2)Li+插入/脫出過

4、程中嚴重的體積變化和快速的容量衰減限制了氧化銅作為鋰離子電池負極材料和電極材料的潛在應用。為了改善石墨的電化學性能，提出了一種通過在高溫下分解Cu(CH3COO)2.H2O來獲得納米銅氧化物的新方法。通過混合溶液和高溫燒結制備出含有無機化合物的改性石墨，其在120次循環(huán)后、在0.5C的電流密度下的放電容量為493.3mAh/g，并且在0.1C的電流密度下循環(huán)155次后、其容量從522.8增加到675.9mAh/g。顯微組織分析表明，石墨

5、層的厚度和無序度的變化是由化學反應引起的。通過第一性原理計算研究了嵌入不同金屬離子的石墨的結構，電導率和儲鋰性能。結果證明金屬嵌入可以有效地改善材料的性能。
　　(3)前人的工作證明，鋰離子電池石墨負極的電化學性能可以通過熔融的堿金屬鹽處理石墨來改善。本文提出了一種將石墨顆粒和氯化鉀與去離子水簡單混合并燒結制備鋰離子電池石墨負極材料的方法，該方法安全、簡單且成本低。與未處理的石墨相比，經過200次循環(huán)后，氯化鉀改性石墨的倍率性能在