鋰離子電池電極材料石墨烯以及磷酸鐵鋰的制備與電化學性能研究(1)

1、鋰離子電池電極材料石墨烯以及磷酸鐵鋰的制備與電化學性能研究Studyonpreparationelectrochemicalpropertiesoflithiumionbatteryelectrodematerialsofgraphenelithiumironphosphate一級學科：化學工程與技術(shù)學科專業(yè)：應用化學研究生：劉厚彬指導教師：唐致遠教授天津大學化工學院二零一四年四月摘要鋰離子電池由于具有快速充放，無記憶效應以及高容量等優(yōu)

2、勢，已經(jīng)成為新能源發(fā)展主要的方向。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，由于原料來源廣泛，對環(huán)境友好，使用安全等諸多優(yōu)點逐漸成為動力型鋰離子電池的主要材料。但是磷酸鐵鋰因為自身較低的電導率與能量密度限制了其在鋰離子電池中的大規(guī)模應用，因此對磷酸鐵鋰進行改性使其具有優(yōu)秀的倍率性能與循環(huán)性能成為本文研究的主要內(nèi)容。本文主要的研究內(nèi)容包括石墨烯(GS)與磷酸鐵鋰的制備，并以碳和石墨烯兩種不同類型的碳源對其進行改性，優(yōu)化制備出性能優(yōu)越的磷酸鐵鋰石墨烯

3、復合正極材料。在石墨烯的制備過程中，本文首次采用一種在室溫環(huán)境下，以LiAlH4與PBr3作為雙重還原劑還原氧化石墨來快速制備石墨烯的方法。結(jié)果表明所制備的石墨烯層數(shù)較少，約為三層左右。作為負極材料應用于鋰半電池，在電流密度為100mAg下，首次充放電比容量分別為1029.4，855.1mAhg，庫倫效率可以達到83.1%。經(jīng)過21次循環(huán)后，可逆放電比容量仍然可以達到760.7mAhg，顯示出了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能。在LiFePO4前驅(qū)體

4、的制備過程中，本文分別采用溶膠凝膠、溶劑熱兩種方法。研究發(fā)現(xiàn)采用溶劑熱法制備的LiFePO4C樣品具有非常優(yōu)秀的微觀形貌與電化學性能，并對反應時間、反應溫度以及碳含量進行了詳細的考察。結(jié)果表明在130℃反應5h，葡萄糖加入量為15%時制備的樣品具有較好的結(jié)晶度與分散性。在0.2，0.5，1，3C倍率下，放電比容量分別為159.4，155.6，151.9，141.9mAhg，具有非常優(yōu)秀的倍率性能。在5，10，20，30C倍率下循環(huán)100

5、次，容量保持率分別為97.0%，99.6%，97.1%，95.6%，顯示出優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性能。在LiFePO4GS復合電極材料的制備過程中，主要研究了石墨烯的加入量對復合材料形貌與電化學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)在制備LiFePO4GS復合材料過程中，石墨烯加入量過少會導致晶體具有較大顆粒；石墨烯加入量過多會在LiFePO4顆粒表面包裹較厚的石墨烯層，導致電化學性能下降。結(jié)果表明當石墨烯加入量為5%時制備的LiFePO4GS樣品表現(xiàn)最佳，晶體