石墨烯基三元正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池被廣泛應(yīng)用在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、新能源汽車、儲(chǔ)能電網(wǎng)等領(lǐng)域，已經(jīng)為人們?nèi)粘Ｉ?，?jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的能源產(chǎn)品。手機(jī)和新能源汽車是鋰離子電池主要的使用對(duì)象，兩者發(fā)展勢頭迅猛，這使鋰離子電池的需求非常巨大。所以加大對(duì)鋰離子電池的研發(fā)，技術(shù)革新是非常必要的。而決定鋰離子電池性能最主要的部件就是正極材料。三元鋰電池由于具有更高的能量密度，相對(duì)較低的生產(chǎn)成本而受到企業(yè)和市場的重視。因此，選擇三元正極材料作為研究對(duì)象。石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以

2、來由于其諸多優(yōu)異的性能而受到科研工作者的重視，石墨烯良好的導(dǎo)電性能不僅能用在負(fù)極材料上，同樣也可以應(yīng)用在正極材料上，在提升容量的同時(shí)也可以提高倍率性能。
　　本文采用物質(zhì)電中性的原理用溶膠凝膠法合成了5種不同元素配比的三元正極材料，分別為 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Co1/3Mn1/4O2、LiNi0.7Co0.2Mn0.25O2、LiNi1/4Co1/2Mn1/4O2、LiNi0.1Co0.6Mn0.

3、25O2。通過對(duì)這5種材料分別進(jìn)行XRD、SEM、恒流充放電測試、倍率測試、循環(huán)測試、循環(huán)伏安測試、電化學(xué)交流阻抗測試，來研究材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。從XRD衍射結(jié)果看出，這5種材料均具有層狀結(jié)構(gòu)。通過電化學(xué)測試表明，LiNi0.7Co0.2Mn0.25O2具有較高的可逆容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能，在0.1C下首次放電容量達(dá)142mAh/g。然后將LiNi0.7Co0.2Mn0.25O2于700℃、800℃、900℃合成，考察不同合成溫度對(duì)材

4、料的影響。測試結(jié)果表明，在700℃條件下合成的材料性能最優(yōu)，材料經(jīng)過30個(gè)循環(huán)后，容量保持率為90％。隨著合成溫度的升高，材料的電化學(xué)性能越差。主要是因?yàn)楹铣蓽囟壬邥?huì)使材料的粒徑變大，顆粒分布不均勻，影響了鋰離子的遷移過程，從而造成性能下降。
　　將700℃條件下合成的LiNi0.7Co0.2Mn0.25O2分別與1%、2%、3%的石墨烯通過球磨法進(jìn)行復(fù)合，同時(shí)以直接加入1%、2%、3%的石墨烯的正極材料做對(duì)比。在0.1C的電流

5、密度下，2.0V到4.5V電壓區(qū)間內(nèi)，經(jīng)過球磨的含量為2%的復(fù)合材料首次放電達(dá)166mAh/g，比單純的正極材料提升了近24mAh/g，倍率性能也有所提升。在確定了最佳的石墨烯摻量后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下通過熱處理工藝以進(jìn)一步加工，處理溫度分別為200℃、300℃、400℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過熱處理后材料的首次充放電并沒有得到提升，反而有點(diǎn)下降。原因可能是石墨烯與正極材料經(jīng)過熱處理后使正極材料的層狀結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞，從而使電化學(xué)性能降低