石墨烯基纳米复合材料制备及其在锂离子电池中的应用

发布时间：2019-10-12 09:53

【摘要】：锂离子电池由于放电电压高、能量密度大、循环寿命长等特点,一直受到人们的广泛关注,而正负极材料是组成电池的关键部分,直接决定着电池性能的好坏。目前正极材料中三元材料(LlNi1/3Mn1/3CO1/3O2)由于其成本低、比容量高、振实密度较高等优点,未来将是主要的正极材料。负极材料中钛酸锂(Li4Ti5O`2)被称为零应变材料,具有较好的电压平台和循环性能,也有望在动力电池中得到应用。石墨烯也是近几年的研究热点,独特的单原子层结构使得其拥有较大的比表面积和较高导电性,文献报道称与电极材料进行复合能提高材料的电化学性能。为了提高电极材料的循环性能和倍率性能,本文制备了不同的石墨烯基电极复合材料,并采用XRD、SEM、电化学等手段进行了表征测试。采用机械混合方式制备了不同含量比的LiN81/3Mn1/3Co1/3O2/石墨烯复合材料,结果表明2.5%石墨烯含量的复合材料在0.1C下放电容量达到205.4mAh/g,0.5C下的放电容量达到150mAh/g,同时也有不错的循环性能。采用固相法制得了尖晶石型Li4Ti5O12,在0.1C、1C下的放电容量为113.5mAh/g、72mAh/g。为了进一步提高其性能,制备了Li4Ti5O12/氧化石墨复合材料,在500-C煅烧后表现出较好的的电化学性能,0.1C、1C下放电容量分别为122.1mAh/g、90.1mAh/g,相比固相法原样Li4Ti5O12,分别提高了8.8%、19.5%。采用水热法制备出纳米花状钛酸锂,最佳合成工艺为水热反应24h,550℃C煅烧6h。所得的样品在0.1C、1C下的放电容量分别为160mAh/g、127mAh/g,较固相法有较大提高。这是由于其独特的形貌,缩短了锂离子扩散路径,提高了材料性能；同时通过水热法原位合成Li4Ti5O12/石墨烯复合材料,在0.1C、1C放电容量分别为167mAh/g、150mAh/g,相比水热法原样Li4Ti5O12,分别提高了4.4%、18.1%,在5C下的大电流也有125mAh/g的比容量,循环伏安和阻抗也表明石墨烯的加入提高了材料的电化学性能。
【图文】：

锂离子电池,工作原理,锂离子

锂离子电池指的是其中的锂离子从正负极材料嵌入和脱出的一种能充放电的高性能电池，实际上就是一种锂离子浓差电池，，工作原理如图1-1所示：在充电时，锂离子从正极脱出，经过电解质插入负极，负极处于富锂状态，而正极处于贫锂状态，同时电子通过外电路传输到负极，确保电荷平衡。放电过程正好相反，锂离子从负极脱出，经过电解液嵌入至正极材料中，正极处于富锂状态。在正常的充放电情况下，锂离子在层状结构的负极材料和层状结构氧化物的正极材料之间脱出和嵌入，一般只会引起材料层间距的变化，但不破坏晶体结构。在充放电过程中，负极材料的化学结构也基本不变，因此从反应的可逆性来看

锂离子电池,电解质,运动介质,聚乙稀

金属氧化物（如SnO、Sn02等）。商业化的电池构成如图1-2所示，一般正负极分别涂覆在销箱与铜箱上，中间使用隔膜将两个极片隔开，隔膜一般是聚稀微孔膜，如PP (聚丙稀)、PE (聚乙稀）或者复合膜。同时中间填充电解质，电解质是溶解了锂盐（如LiPF6)的有机溶剂，为锂离子运动提供了运动介质。Positive Cap^ Vent PlateyCurre/n Interrupt Device.一〈■ I\xy：二一图1-2圆柱形的锂离子电池构造示意图【5]Fig. 1-2 Expanded view of the internal construction of a cylindrical cell ⑴3
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912

【参考文献】