鋰離子二次電池石墨負(fù)極材料的改性研究.pdf

1、本文概述了鋰離子電池的工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用前景和負(fù)極材料的研究概況，重點(diǎn)介紹了石墨負(fù)極材料的物化性質(zhì)，電化學(xué)行為及其存在的問題和改性的方法。在此基礎(chǔ)上，探索石墨負(fù)極材料幾種綠色、簡單、有效的改性方法，旨在提高天然石墨的比容量和循環(huán)性能，并研究了改性石墨的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能。 以K2FeO4為氧化劑對天然石墨進(jìn)行了液相氧化，研究了處理溶液的pH值和溫度對其表面處理改性效果的影響。發(fā)現(xiàn)兩個(gè)系列氧化石墨樣品的比容量都有不同程度

2、的提高，且可逆容量呈向上的拋物線形，分別在pH=7和80℃時(shí)獲得了較好電化學(xué)性能的樣品，其中以pH=7、80℃條件下處理的樣品性能最優(yōu)，可逆容量可達(dá)363mAh/g，接近了石墨的理論比容量。經(jīng)氧化處理后改性石墨的電化學(xué)性能明顯提高，這與改性石墨表面結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。氧化處理后，石墨表面生成了許多微孔和微通道，為充放電過程中需要脫嵌的鋰離子提供了嵌入和脫出的通道，并且增加了石墨的存儲鋰的位置；其次氧化處理會在石墨表面生成一層含氧基團(tuán)的化合物

3、，使嵌脫鋰離子的石墨的端面部位形成優(yōu)良的SEI膜，從而更有效地保護(hù)石墨電極，改善其電化學(xué)性能；另外，殘留在石墨層間Fe元素和處理后石墨石墨化程度的提高都有益于改性石墨電化學(xué)性能的改善。 以SnCl2和Na2CO3溶液為反應(yīng)液，將液相沉淀生成的錫基氧化物包覆在石墨材料表面進(jìn)行改性，并研究改性石墨樣品的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，經(jīng)過包覆的石墨表面附著上了一層SnO2，形成了復(fù)合型的材料。SnO2負(fù)極材料具有較高的容量

4、(500mAh/g)，但在脫嵌鋰的過程中容易因內(nèi)部體積變化而引起材料結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致容量衰減迅速，循環(huán)性能較差。SnO2-graphite的復(fù)合材料減弱了雙方各自的缺點(diǎn)，同時(shí)又疊加各自可逆容量，使改性石墨材料獲得了更好的充放電性能和循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。復(fù)合后的改性石墨可逆容量隨著SnO2量的加大而上升，最高包覆量的樣品比容量可達(dá)421mAh/g，甚至超過了石墨的理論容量。復(fù)合型的石墨材料在比容量上具有較大的優(yōu)勢，且制備的方法簡單方便，

5、有實(shí)際應(yīng)用的潛力。 對天然石墨進(jìn)行化學(xué)鍍錫，用單質(zhì)金屬Sn對石墨表面包覆處理，同樣可以提高天然石墨的充放電容量和循環(huán)性能。表面包覆的金屬Sn可以覆蓋石墨表面的活性位點(diǎn)，減少電解液的作用，其次金屬Sn可以提供較大的Li+擴(kuò)散系數(shù)，降低石墨電極反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻和Li+在石墨材料中的固相擴(kuò)散電阻，從而減少石墨的容量衰減，改進(jìn)其循環(huán)性能。從循環(huán)性能曲線可以看出，改性后的鍍錫石墨雖然可逆容量沒有得到很大提高，但是循環(huán)性能保持很好，在50