论文部分内容阅读
锂离子电池是最有潜力的电源之一，它可以作为电动汽车的储能电池和大规模的储能。这需要锂离子电池具有高的能量密度、高安全性和长循环寿命。磷酸铁锂由于本身具有结构稳定、循环性能好、资源丰富和无毒等优点，特别适合制作成大尺寸电池，尤其是适合应用于电动汽车。但本身低的离子电导率和电子导电性制约了它的广泛应用，尤其是倍率性能较差。随着研究的深入，发现碳包覆是最有效和常用的方法之一。石墨烯作为一种新型的碳源，已被证明能够有效改善锂离子电池的电化学性能。 本文以磷酸铁，氢氧化锂和碳源为原料，采用固相法制备了LiFePO4（LFP）及 LFP复合材料。研究了合成 FePO4的优化条件，并采用优化后制备的 FePO4制备了 LFP/石墨烯和 LFP/活化石墨烯复合材料，利用 SEM、XRD、Raman和TG等表征手段对复合材料的结构和形貌进行表征，采用电池测试系统和电化学工作站等手段对复合材料的电化学性能进行表征，讨论了 LFP复合材料的电化学性能。主要结论如下： 1.通过液相沉淀法制备了FePO4，比较不同温度、浓度和pH对FePO4的形貌和结晶度的影响，结果表明：在温度为70℃，溶液浓度为0.05mol/L，pH为1.5-2的条件下制备的 FePO4，颗粒粒径较小且分散均匀，粒径位于100-200nm之间，结晶性也较好。 2.以FePO4、LiOH和碳源为原料，采用固相法合成了LFP/G复合材料，测试结果表明：LFP/G样品为橄榄石结构，保持了FePO4的形貌，颗粒粒径较小，位于100-200nm之间，并与石墨烯形成了性能稳定的复合材料；LFP/G具有较好的导电网络，0.2C和8C倍率下的放电比容量分别为151.6mAh/g和116.8mAh/g，而对应的LFP/C只有150.6mAh/g和106.8mAh/g，LFP/G在8C倍率下的比容量较LFP/C多了10mAh/g；循环性能较好，1C循环100次后的保持率为97.5％，高于LFP/C的95.6%；循环伏安和电化学阻抗图谱表明LFP/G具有较好的电化学可逆性和较小的电荷传递阻抗。 3.在高温下采用KOH刻蚀石墨烯制得活化石墨烯（CA-G），研究活化石墨烯对LFP性能的影响，比较了LFP/CA-G和LFP/G的电化学性能。测试结果表明：通过固相法制备的LFP/CA-G复合材料稳定性较好，1C循环100次后的容量保持率接近100%；LFP/CA-G复合材料的0.2C放电比容量为150.2mAh/g，较LFP/G提高了2.5mAh/g；活化石墨烯的加入较大幅度地提高了材料的比表面积和倍率性能，LFP/CA-G的10C倍率放电容量为127.0mAh/g，较LFP/G提高了28.0mAh/g，10C倍率下循环4次后的容量相对于1C的容量保持率为87.4%，而对应的LFP/G只有71.0%；电化学阻抗和循环伏安表明活化石墨烯的加入降低了电荷传递阻抗，减小了电池的极化。相对于普通石墨烯的复合材料 LFP/G， LFP/CA-G在电化学性能上优势更加明显。