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通过扫描电子显微镜(SEM)和恒电流充放电等分析方法,系统地研究了不同种类的双组分导电添加剂对LiCoO2电极的电化学性能的影响,并对纳米炭复合物(NCC)在锂离子电池中的应用研究进行了初步探索。在课题研究过程中,取得了一些有价值的成果,其主要内容如下:
1)中孔炭(MC)替代部分的乙炔黑,作为导电添加剂可以明显提高LiCoO2电极的电化学性能(包括倍率放电性能、放电比容量和放电电压平台),而片状石墨(FNG)替代部分的乙炔黑,作为导电添加剂不能明显提高LiCoO2电极的电化学性能。原因可能是均匀分散到电极内部的MC吸收的电解液,能够为电极快速反应,提供必需的缓冲离子。
2)和单组分的多壁碳纳米管(MWCNTs)作导电添加剂相比较,双组分的FNG和MWCNTs的复合物(FNGMWCNTs)作导电添加剂,LicoO2电极的电化学性能(包括放电比容量、放电电压平台、倍率放电性能和循环性能)都得到了很大程度的提高。原因可能是均匀分散的MWCNTs把多个孤立的FNG连接起来,形成了单纯MWCNTs不能形成的有效的导电通道,降低了LiCoO2电极的表面电阻率。
3)纳米炭复合物(nano carbon composites,NCC)作导电添加剂的LiCoO2电极的电化学性能(包括首次放电比容量、容量保持率和倍率放电性能),都好于MWCNTs和AB分别单独作导电添加剂的LiCoO2电极的电化学性能。原因可以归纳为两点:NCC作导电添加剂时,其中的MWCNTs形成了有效的导电网络,其中的AB增大了导电添加剂和LiCoO2的接触面积。
4)NCC浆料作为导电添加剂,随着MWCNTs含量的增加,LiCoO2电极的0.5 C下的第10次放电比容量先增大,在MWCNTs/AB的重量比为2:3达到最大值,之后又降低。说明低MWCNTs含量的NCC浆料是一种理想的锂离子电池导电添加剂。可能的原因是:在NCC浆料中,过量的AB能够阻碍分散好的MWCNTs再次团聚。
5)用简单的机械搅拌混合的方法制备了易于分散的NCC。
6)NCC作为导电添加剂应用到锂离子电池中发现:NCC作为LiCoO2正极导电添加剂,能够提高锂离子电池的循环性能;作为MGS负极导电添加剂能够提高锂离子的循环性能。原因可以归纳为以下三点:(1),NCC起到了物理粘接剂的作用,提高了电极材料的粘接稳定性;(2),NCC作为导电添加剂,提高了电极的渗液速率;(3),NCC形成的导电网络在循环过程中能够很好的维持。