石墨烯/富锂三元正极复合材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2021-08-10 16:05
通过水热法制备了石墨烯包覆量不同的石墨烯/富锂三元正极复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学交流阻抗等对包覆后富锂三元正极复合材料的物相结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明:石墨烯包覆量为2%（质量分数）时,包覆效果较好,石墨烯/富锂三元正极复合材料首次库仑效率为89.6%,比富锂三元正极材料提高了17.16%,放电比容量为226.41mAh/g,比原材料提高了21.38mAh/g;以0.5C循环100次后石墨烯/富锂三元正极复合材料放电比容量可保持在154mAh/g,容量保持率为88%,比富锂三元正极材料提高了5.3%;石墨烯/富锂三元正极复合材料阻抗为75Ω,比富锂三元正极材料阻抗低50Ω。
【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
样品A及样品WA1—WA4的XRD谱图
图2为放大倍率不同的样品A及样品WA1—WA4的SEM图。由图可以看出，样品A是由粒径200nm左右的一次颗粒团聚形成的粒径2μm的二次颗粒，用石墨烯包覆后，样品WA1-WA4的团聚程度降低，一次颗粒增加，而且还原的氧化石墨烯逐渐增加，包覆在样品表面。由此可知经过水热反应，石墨烯成功包覆了富锂三元正极材料。样品WA1中石墨烯包覆量极少，样品WA2中石墨烯包覆量适中，样品WA3和WA4中石墨烯包覆量过多，部分区域石墨烯集中，将富锂三元正极材料完全包覆，且破坏原来的二次颗粒结构，不利于发挥材料的电化学性能。2.3 电化学性能研究
图3为5种正极材料在0.05C下的首次充放电曲线图（1C=200mAh/g）。由图看出，样品A首次充电比容量为314.72mAh/g，放电比容量为226.41mAh/g，首次库伦效率为71.94%；充放电电压为4.5V时图中出现一个不可逆充电平台，这是因为较多的Li2O从晶体结构中不可逆脱出后，发生了相转变。从表1可以看出，包覆石墨烯之后，样品WA1—WA4的首次库伦效率均高于样品A，其中WA2的首次库伦效率达到89.1%，比样品A的首次库伦效率提高了17.16%，放电比容量也提高了21.38mAh/g。而样品WA3和WA4的充放电比容量都比样品A的小，这可能是因为水热法还原石墨烯时效率较低，包覆在材料上的多是导电性差的氧化石墨烯或缺陷石墨烯。图4为不同倍率下正极材料样品平均放电比容量曲线图。由图可以看出，在0.05C下，样品A、WA 1—WA 4的平均放电比容量分别为228.04mAh/g、237.57mAh/g、240.47mAh/g、195.90mAh/g、214.20mAh/g，包覆石墨烯后富锂三元正极材料在低倍率下的性能有明显改善，其中WA2效果最明显，平均放电比容量比样品A增加了12.43mAh/g。在0.1～0.5C条件下，WA2的平均放电比容量高于样品A。而在经过1C高电流密度测试之后，再用0.1C小电流测试时，发现WA2依然保持很高的放电比容量，平均放电比容量为222.45mAh/g；在相同条件下，样品WA1、WA4的平均放电比容量优于样品A，说明包覆石墨烯之后富锂三元正极材料可逆性良好。包覆石墨烯的正极材料在循环时放电比容量能够保持不变或者提高，而未包覆的材料放电比容量有下降趋势，可以看出包覆石墨烯对低倍率下材料容量保持率有一定作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高比能量锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 熊凡,张卫新,杨则恒,陈飞,王同振,陈章贤. 储能科学与技术. 2018(04)
[2]高安全高比能量动力锂离子电池系统路线探索[J]. 曹勇,严长青,王义飞,李道聪,林少雄,梁大宇,代北北,胡攀攀,卞林,杨续来,徐兴无. 储能科学与技术. 2018(03)
[3]高比功率锂离子电池设计与性能研究[J]. 阳晓霞,冯辉,金晶龙,姜秀华,王希文. 电源技术. 2018(02)
[4]高能量密度锂离子电池用富锂正极材料[J]. 严武渭,柳永宁,崇少坤,周亚萍,刘建国,邹志刚. 化学进展. 2017(Z2)
[5]锂离子电池高容量硅碳负极材料研究进展[J]. 刘柏男,徐泉,褚赓,陆浩,殷雅侠,罗飞,郑杰允,郭玉国,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
博士论文
[1]锂离子电池高容量富锂层状正极材料制备与包覆改性研究[D]. 王志远.天津大学 2014
硕士论文
[1]富锂正极材料的合成与表面改性研究[D]. 吴承仁.中国地质大学(北京) 2012
本文编号：3334368
【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
样品A及样品WA1—WA4的XRD谱图
图2为放大倍率不同的样品A及样品WA1—WA4的SEM图。由图可以看出，样品A是由粒径200nm左右的一次颗粒团聚形成的粒径2μm的二次颗粒，用石墨烯包覆后，样品WA1-WA4的团聚程度降低，一次颗粒增加，而且还原的氧化石墨烯逐渐增加，包覆在样品表面。由此可知经过水热反应，石墨烯成功包覆了富锂三元正极材料。样品WA1中石墨烯包覆量极少，样品WA2中石墨烯包覆量适中，样品WA3和WA4中石墨烯包覆量过多，部分区域石墨烯集中，将富锂三元正极材料完全包覆，且破坏原来的二次颗粒结构，不利于发挥材料的电化学性能。2.3 电化学性能研究
图3为5种正极材料在0.05C下的首次充放电曲线图（1C=200mAh/g）。由图看出，样品A首次充电比容量为314.72mAh/g，放电比容量为226.41mAh/g，首次库伦效率为71.94%；充放电电压为4.5V时图中出现一个不可逆充电平台，这是因为较多的Li2O从晶体结构中不可逆脱出后，发生了相转变。从表1可以看出，包覆石墨烯之后，样品WA1—WA4的首次库伦效率均高于样品A，其中WA2的首次库伦效率达到89.1%，比样品A的首次库伦效率提高了17.16%，放电比容量也提高了21.38mAh/g。而样品WA3和WA4的充放电比容量都比样品A的小，这可能是因为水热法还原石墨烯时效率较低，包覆在材料上的多是导电性差的氧化石墨烯或缺陷石墨烯。图4为不同倍率下正极材料样品平均放电比容量曲线图。由图可以看出，在0.05C下，样品A、WA 1—WA 4的平均放电比容量分别为228.04mAh/g、237.57mAh/g、240.47mAh/g、195.90mAh/g、214.20mAh/g，包覆石墨烯后富锂三元正极材料在低倍率下的性能有明显改善，其中WA2效果最明显，平均放电比容量比样品A增加了12.43mAh/g。在0.1～0.5C条件下，WA2的平均放电比容量高于样品A。而在经过1C高电流密度测试之后，再用0.1C小电流测试时，发现WA2依然保持很高的放电比容量，平均放电比容量为222.45mAh/g；在相同条件下，样品WA1、WA4的平均放电比容量优于样品A，说明包覆石墨烯之后富锂三元正极材料可逆性良好。包覆石墨烯的正极材料在循环时放电比容量能够保持不变或者提高，而未包覆的材料放电比容量有下降趋势，可以看出包覆石墨烯对低倍率下材料容量保持率有一定作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高比能量锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 熊凡,张卫新,杨则恒,陈飞,王同振,陈章贤. 储能科学与技术. 2018(04)
[2]高安全高比能量动力锂离子电池系统路线探索[J]. 曹勇,严长青,王义飞,李道聪,林少雄,梁大宇,代北北,胡攀攀,卞林,杨续来,徐兴无. 储能科学与技术. 2018(03)
[3]高比功率锂离子电池设计与性能研究[J]. 阳晓霞,冯辉,金晶龙,姜秀华,王希文. 电源技术. 2018(02)
[4]高能量密度锂离子电池用富锂正极材料[J]. 严武渭,柳永宁,崇少坤,周亚萍,刘建国,邹志刚. 化学进展. 2017(Z2)
[5]锂离子电池高容量硅碳负极材料研究进展[J]. 刘柏男,徐泉,褚赓,陆浩,殷雅侠,罗飞,郑杰允,郭玉国,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
博士论文
[1]锂离子电池高容量富锂层状正极材料制备与包覆改性研究[D]. 王志远.天津大学 2014
硕士论文
[1]富锂正极材料的合成与表面改性研究[D]. 吴承仁.中国地质大学(北京) 2012
本文编号：3334368
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