鋰離子電池石墨負極材料的改性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、石墨因其低廉的價格、低的電壓平臺、較高的可逆容量和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等優(yōu)勢引發(fā)了廣大學者的興趣,石墨及改性石墨是目前應(yīng)用最為廣泛的商業(yè)化鋰離子電池負極材料。但是該類材料也存在循環(huán)性能差、與電解液相容性差、倍率性能不好及理論容量低等缺點,阻礙了其在動力鋰離子電池中的應(yīng)用。本論文采用碳包覆、微膨化和金屬氧化物復合等方法對石墨進行了改性研究,研究結(jié)果如下:
  以球形天然石墨為原料,檸檬酸為碳源,通過噴霧造粒及高溫熱處理得到了高容量石墨復

2、合(G/C)負極材料。研究表明:200 ℃預燒時,檸檬酸熱解為無定形碳包裹球形石墨形成核殼結(jié)構(gòu);隨著熱處理溫度的升高,該無定形碳包覆層逐步向微晶石墨轉(zhuǎn)變,并在最終熱處理溫度為2900 ℃時,包覆層最外層轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝行蚧蔽⒕?,而次外層仍為無定形碳。微晶石墨和無定形碳中的納米孔洞均可為鋰離子嵌入提供了額外的空間,使得樣品的容量大幅提高。微晶石墨的有序化有利于充放電過程中鋰離子傳輸,無定型碳的存在能緩解充放電過程中的體積效應(yīng),故其循環(huán)性能

3、也有所提高。G/C-2900復合材料以0.15 mA恒流充放電時,首次效率為86%,可逆比容量高達420 mAh g-1,循環(huán)100次后容量保持率為98%。
  利用 Hummer法以球形天然石墨為原料制備倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異的微膨化石墨(MEG)負極材料。研究表明:MEG樣品表現(xiàn)出的高可逆比容量、良好循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能與其形貌和結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。微膨化處理之后石墨呈不規(guī)則的形狀,表面存在大量裂縫和褶皺的石墨片,且石墨層間距增大

4、。缺陷能夠提供額外儲鋰空間,有助于提高容量和緩解充放電過程中體積變化從而改善循環(huán)性能;石墨片層間距增大則有利于鋰離子的快速脫/嵌,使其表現(xiàn)出良好的倍率性能。
  以微膨化石墨為原料, KMnO4為錳源,通過溶劑法和熱處理還原得到納米MnO/MEG復合材料。研究表明:大部分納米MnO顆粒存在于MEG基體表面,部分納米MnO顆粒插入基體MEG層間。由于MEG和納米MnO顆粒的協(xié)同效應(yīng)使得MnO/MEG復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,M

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