论文部分内容阅读
信息能源的快速发展对导电浆料提出了越来越高的要求,石墨烯等碳材料具有优异的电子电导率,在绿色环保的水系导电浆料中有极大的发展潜力。而在锂离子电池中磷酸铁锂(LFP)是导电性能较差的半导体材料,需要添加一定的导电剂以提高电池的电化学性能。本文以鳞片石墨和微晶石墨为原料,采用改良的Hummer’s法制备氧化石墨烯,将其与乙炔黑、碳纳米管复合制备多元纳米碳基导电浆料,并系统研究了不同工艺参数对多元浆料性能及其电化学性能的影响。主要内容如下:
(1)以鳞片石墨、碳纳米管和乙炔黑为原料制备多元纳米碳基导电浆料,研究了不同组成成分对浆料电导率、分散性和粘度的影响及其电化学性能。结果表明,选用脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯作为分散剂制备的石墨烯一元导电浆料综合性能达到最优。石墨烯/乙炔黑二元导电浆料体系中,石墨烯含量为浆料固含量的1%时,浆料电导率和Zeta电位最高;石墨烯/碳纳米管导电浆料中石墨烯含量为浆料固含量的3%时,浆料的电导率和Zeta电位最高;同时,两种浆料的粘度均随着石墨烯含量的增加而增加。而乙炔黑/碳纳米管浆料的导电性能及分散性能随着碳纳米管量的增加而提高。石墨烯/碳纳米管/乙炔黑三元导电浆料电导率为14.99S·cm-1,Zeta电位达到-37.7mV,分散较为稳定,各项性能较二元浆料均有提高。在LFP电池中添加多元导电剂,通过测试电化学性能表明LFP//ACR在电流密度为10C时平均放电比容量有111.3mAh·g-1,在电流密度5C下循环200次循环后容量保持率有99.7%。三元导电剂形成的“点—线—面”三维立体网络有利于电子传输。
(2)以微晶石墨为原料制备氧化石墨烯,并对其进行SEM和XRD表征,得到最佳制备工艺参数为将球磨24h后平均粒径为6.76μm的微晶石墨与高锰酸钾按质量比为1:3的比例,在35℃时中温反应20h。分别用微晶石墨制备的石墨烯(MGO)和鳞片石墨制备的石墨烯(FGO)为原料制备三元导电浆料,同时组装成LFP电池进行电化学性能对比。结果表明,电流密度为10C时LFP//MGO和LFP/FGO的平均放电比容量分别为72.2mAh·g-1和111.9mAh·g-1,在电流密度为1C时,循环100次循环后比容量分别为146.7mAh·g-1和161.7mAh·g-1,在5C倍率下循环200次后容量保持率分别为78.57%和96.22%。
(1)以鳞片石墨、碳纳米管和乙炔黑为原料制备多元纳米碳基导电浆料,研究了不同组成成分对浆料电导率、分散性和粘度的影响及其电化学性能。结果表明,选用脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯作为分散剂制备的石墨烯一元导电浆料综合性能达到最优。石墨烯/乙炔黑二元导电浆料体系中,石墨烯含量为浆料固含量的1%时,浆料电导率和Zeta电位最高;石墨烯/碳纳米管导电浆料中石墨烯含量为浆料固含量的3%时,浆料的电导率和Zeta电位最高;同时,两种浆料的粘度均随着石墨烯含量的增加而增加。而乙炔黑/碳纳米管浆料的导电性能及分散性能随着碳纳米管量的增加而提高。石墨烯/碳纳米管/乙炔黑三元导电浆料电导率为14.99S·cm-1,Zeta电位达到-37.7mV,分散较为稳定,各项性能较二元浆料均有提高。在LFP电池中添加多元导电剂,通过测试电化学性能表明LFP//ACR在电流密度为10C时平均放电比容量有111.3mAh·g-1,在电流密度5C下循环200次循环后容量保持率有99.7%。三元导电剂形成的“点—线—面”三维立体网络有利于电子传输。
(2)以微晶石墨为原料制备氧化石墨烯,并对其进行SEM和XRD表征,得到最佳制备工艺参数为将球磨24h后平均粒径为6.76μm的微晶石墨与高锰酸钾按质量比为1:3的比例,在35℃时中温反应20h。分别用微晶石墨制备的石墨烯(MGO)和鳞片石墨制备的石墨烯(FGO)为原料制备三元导电浆料,同时组装成LFP电池进行电化学性能对比。结果表明,电流密度为10C时LFP//MGO和LFP/FGO的平均放电比容量分别为72.2mAh·g-1和111.9mAh·g-1,在电流密度为1C时,循环100次循环后比容量分别为146.7mAh·g-1和161.7mAh·g-1,在5C倍率下循环200次后容量保持率分别为78.57%和96.22%。