石墨烯負(fù)載鋰鎳釩氧的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，隨著便攜設(shè)備及電動(dòng)汽車的日益發(fā)展，對鋰離子電池材料提出了更高的要求。其中具有反尖晶石結(jié)構(gòu)的材料LiNiVO4由于其優(yōu)良的循環(huán)性能、較高的電壓平臺(tái)正備受人們關(guān)注。但它存在的問題是：比容量較低，循環(huán)過程中擴(kuò)散阻抗較大，不同的制備方法對其性能影響較大等，這些因素制約了該材料的發(fā)展。而新型碳納米材料石墨烯中的電子遷移率可達(dá)到2×105cm2/V·s，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性；并且熱導(dǎo)率可達(dá)5000 W·m-1·K-1；理論比表面積可達(dá)2630

2、m2．g-1。研究表明石墨烯的存在可以改善材料的電子傳導(dǎo)率，縮短鋰離子擴(kuò)散路徑，同時(shí)對于材料的結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定作用。加入石墨烯作為導(dǎo)電添加劑后，可以極大的改善鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性、大電流充放電性能和安全性能。基于此，研究新型的LiNiVO4鋰離子電池負(fù)極材料制備方法，加入適量自制備的石墨烯，有望實(shí)現(xiàn)該材料的性能的提升。
　　本論文以國產(chǎn)V2O5粉末、H2O2、無水LiAc和Ni(Ac)2·4H2O、雙氧水、石墨粉、濃硫酸、五氧化二磷

3、、乙二醇等為原料，采用溶膠凝膠法和水熱法制備了鋰鎳釩氧納米材料，并通過改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨，采用硼氫化鈉，對氧化物進(jìn)行還原，經(jīng)過水熱合成方法制得石墨烯負(fù)載鋰鎳釩氧負(fù)極材料。所得材料經(jīng)過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射（XRD）、傅立葉紅外光譜（FT-IR）和電化學(xué)方法對材料進(jìn)行了研究，并借助熱重分析（TG）來證明制備的石墨烯負(fù)載LiNiVO4電極材料具有的熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明：
　　

4、（1）用硼氫化鈉代替劇毒物水合肼還原氧化石墨烯，并制得了納米級(jí)石墨烯，通過XRD、Raman、FT-IR、TG、SEM、TEM等手段表征了其結(jié)構(gòu)、形貌和組成，證實(shí)了修改的Hummers法制備石墨烯的可行性。用其制備的石墨烯的分散性比較好，制作成本較低，操作比較安全。
　?。?）用溶膠—凝膠法制備了LiNiVO4活性納米材料，并結(jié)合水熱合成技術(shù)在180℃制備了石墨烯負(fù)載鋰鎳釩氧的鋰離子電池負(fù)極材料。目標(biāo)產(chǎn)物的XRD圖中2θ=36o附

5、近出現(xiàn)LiNiVO4的特征峰（311），表明在較低的溫度下制得晶形的LiNiVO4。材料的SEM照片顯示合成的樣品呈珊瑚狀，上面布滿納米球狀突起，分布均勻，球狀小顆粒的尺寸約為幾十納米，這種納米結(jié)構(gòu)不僅增大了材料的比表面積，提高了材料與電解液的接觸面積，也為鋰離子的大量嵌入提供了更多的活性位置。材料的首次放電和充電的比容量分別高達(dá)912mAh/g和782mAh/g，首次庫倫效率85.7％。經(jīng)過27次循環(huán)之后，庫倫效率穩(wěn)定在95%以上。從