鋰硒電池正極材料的電沉積制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著化石等不可再生燃料的不斷消耗，人們對環(huán)境與能源問題的關(guān)注日益增加，二次鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展也受到了科研工作者的持續(xù)關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)市場上由石墨和嵌鋰過渡金屬氧化物組成的二次鋰離子電池因其較低的能量密度已經(jīng)不能滿足人們高質(zhì)量生活的要求，因此發(fā)展更高比容量的電池材料已迫在眉睫。與鋰硫電池類似，鋰硒電池得益于其高的體積比容量被廣泛關(guān)注。但硒電極材料在循環(huán)過程中的體積膨脹，高價態(tài)多硒化物的溶解，硒的活性物質(zhì)載量低（所有硒正極復(fù)合材料中的含量

2、普遍不高于70％）以及鋰枝晶的存在等問題都阻礙了鋰硒電池的實際應(yīng)用。為了解決這些問題，本文制備了Se@Ni和rGO@Se@Ni復(fù)合電極材料，并通過控制變量改變不同的工藝參數(shù)來優(yōu)化提高材料的電化學(xué)性能。具體內(nèi)容如下：
　　在特定的溶液中，利用三電極體系在泡沫鎳基底上進(jìn)行電沉積制備了Se@Ni復(fù)合材料，通過控制變量法改變?nèi)芤簆H、電沉積電壓、電流密度、電沉積時間、主鹽濃度、支持電解質(zhì)等參數(shù)。研究了各條件對材料形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響

3、。實驗得出0.5mA電流下沉積3h為最佳條件，材料形貌和電化學(xué)性能皆最優(yōu)。由XRD和拉曼光譜測得電沉積后硒單質(zhì)信號的出現(xiàn)，同時由SEM和EDS能譜也證實試驗獲得了較為均勻、形狀規(guī)則的硒鍍層，且硒顆粒大小平均為500nm。在0.1C（1C=675mAh·g-1）的電流密度下進(jìn)行充放電測試， Se@Ni復(fù)合材料在首圈循環(huán)中由于SEI膜的形成其放電比容量可達(dá)600 mAh·g-1，首圈庫倫效率達(dá)106%。經(jīng)過100次充放電后其還保持有328

4、mAh·g-1的放電比容量，獲得了接近100%的優(yōu)異的庫倫效率。雖然容量保持率較低，但Se@Ni復(fù)合材料不需要添加任何導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，只需由泡沫鎳作為沉積載體兼集流體即可直接作為正極材料使用。相比于其它有各種添加劑的硒正極材料，其活性物質(zhì)利用率十分可觀。同時硒的負(fù)載量可以通過控制沉積時間，沉積電流密度很好的控制，制得含硒量不同的功能型正極材料。
　　利用石墨烯具有豐富薄片狀褶皺的二維結(jié)構(gòu)特性，采用物理吸附的方法將還原氧化石墨烯均勻

5、地包覆在Se@Ni復(fù)合材料上制得rGO@Se@Ni復(fù)合材料。經(jīng)結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能測試表明，氧化石墨烯較為均勻的包覆在Se@Ni復(fù)合材料的表面，在0.5C（1C=675 mAh·g-1）的電流密度下，rGO@Se@Ni復(fù)合材料的首圈放電比容量可接近593 mAh·g-1，硒的利用率達(dá)到了88%。經(jīng)過200次充放電循環(huán)后仍保持有204 mAh·g-1的放電比容量，庫倫效率接近100%。與Se@Ni復(fù)合電極材料相比，rGO@Se@Ni復(fù)合材