锂离子电池负极用石墨材料改性研究

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本文利用沉降技术制备了不同粒度分布的石墨,通过不同温度的氧化处理、掺入Li2O和NiO等工艺制备了改性的天然鳞片石墨;采用X射线衍射法、扫描电子显微镜、微电极循环伏安、恒电流充放电等测试技术,研究了石墨材料的微观结构和电化学性能之间的关系。主要结论如下: 1) 石墨材料的纯度和石墨化程度越高,可逆容量越大。 2) 扩散是锂离子在石墨中嵌入-脱嵌过程的控制步骤,粒度较大的石墨在快速充放电时难以实现完全嵌入和脱出,达到其应有的容量;颗粒太小的石墨,可逆嵌锂的位置少,导致可逆容量低,而且比表面积大,边缘位置原子的比例高,首次放电过程形成SEI膜消耗的电荷多,首次不可逆容量大。合适的石墨粒度为10~20μm。 3) 对石墨进行不同温度氧化处理的研究,发现500℃的氧化处理能够选择性的氧化石墨材料中活性较高的部位,有效减小石墨负极首次放电的不可逆容量,而且增大可逆容量,提高首次充放电效率,改善循环性能和大电流充放电特性,有效提高了石墨负极材料的综合电化学性能。 4) 对石墨材料掺入Li2O的研究表明,在石墨表面均匀包覆一层适量的Li2O,有利于首次充放电过程中形成均匀致密的SEI膜,减少首次不可逆电容量损失,提高了循环性能,改善大电流充放电特性。但是如何保证掺入的Li2O能够非常均匀的分布在石墨表面,并使之有机结合?掺入Li2O的原子比在5%比较好,但是10%就比较差,最佳比例究竟是多少?这些是今后研究者需要改进的地方。 5) 在石墨基体表面包覆的NiO,可以与锂离子发生可逆反应,但是反应电压比石墨负极的工作电压高,而且明显降低石墨材料的充放电效率和,循环性能,并不能改善锂离子电池用石墨负极材料的综合电化学性能。
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