新型锂离子电池负极材料红磷的制备与研究

发布时间：2020-10-09 10:09

　　锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长,热稳定性好和无污染等优点,成为当今世界热点的储能设备,其在电动汽车、便携电子设备、航天航空等方面具有了广阔的应用前景。然而,负极材料作为锂离子电池重要的一部分,其较低的比容量限制了高比容量锂离子电池的发展,因此制备出具有高容量、高倍率、长寿命优势的负极材料成为了科研人员需要刻不容缓突破的难关。红磷具有资源丰富,廉价易得,理论比容量高(2596mAh g~(-1))等优势,能满足高比容量电池的需求,被众多科研工作者所关注,但红磷也存在导电率低,充放电过程体积膨胀等缺点,限制了它在锂离子电池中的实际应用。本论文工作针对红磷的特性,将导电性高,并具有高孔体积和表面积的科琴黑(KeC)作为碳材料与其复合,探究了不同的合成方法和红磷含量对复合材料电化学性能的影响,进而通过三维多孔的还原氧化石墨构建双层电极结构对进一步改性以提高其电化学性能,主要研究结果如下:1.通过蒸发-沉积的合成方法制备出红磷含量为60%的RP/KeC复合材料,通过SEM、TEM得出该复合材料大小均一,分散均匀,红磷纳米化进入到科琴黑的孔中。通过Raman、XPS等测试手段发现在制备过程中形成P-C键,说明科琴黑对红磷不仅有物理吸附而且还有P-C键化学吸附,使RP/KeC复合材料结构稳定。该复合材料表现出最优的电化学性能,在0.1 A g~(-1)的电流密度下,基于复合材料的质量,首次充电比容量为1746mAh g~(-1),100次循环后比容量保持798.5 mAh g~(-1),并且表现出良好的倍率性能。2.利用三维多孔的还原氧化石墨(RGO)具有柔性、可伸缩的特性,构建了一种RP/KeC-三维还原氧化石墨(RP/KeC-RGO)的双层结构电极,有效的缓解了红磷体积膨胀的压力,保证了结构的稳定性,相比于RP/KeC复合材料表现出更加优异的电化学性能。在0.01 V-2.0 V电压范围内,于0.1 A g~(-1)的电流密度下,基于RP/KeC的质量,首次充电比容量为1980 mAh g~(-1),200次循环之后仍能达到1040 mAh g~(-1),库伦效率接近100%,而且表现出优异的循环性能和倍率性能。
【学位单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

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【参考文献】