鋰離子電池碳納米導(dǎo)電劑的研究.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好、安全性高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在能源儲存和轉(zhuǎn)換設(shè)備中。作為鋰離子電池重要組成部分的導(dǎo)電劑材料，對鋰離子電池的電化學(xué)性能起著重要的作用。適量的導(dǎo)電劑加入電極后，能夠有效提高電極內(nèi)部電子的轉(zhuǎn)移速率，降低電極歐姆電阻，提高活性物質(zhì)的利用率；導(dǎo)電劑的微觀結(jié)構(gòu)和分布狀況極大地影響著電解質(zhì)的擴(kuò)散。
　　 為增強(qiáng)鋰離子電池電極材料的電化學(xué)反應(yīng)活性，本文分別采用碳黑(0維)、碳納米管(1維)和石

2、墨烯(2維)作為鋰離子電池電極活性材料的導(dǎo)電劑，構(gòu)造成點(diǎn)、線、面的組合；研究了不同結(jié)構(gòu)的碳納米導(dǎo)電劑與電極活性物質(zhì)之間的導(dǎo)電接觸界面，提出了導(dǎo)電接觸界面的結(jié)構(gòu)模型；探索了碳納米導(dǎo)電劑的不同形狀、不同電子傳導(dǎo)機(jī)制對電極材料可逆容量和倍率性能的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容包括：
　　 以負(fù)極材料石墨和正極材料LiFePO4為例，分別采用零維碳黑、一維多壁碳納米管和二維多層石墨烯用作鋰離子電池電極材料的導(dǎo)電劑。分別采用X射線衍射、氮吸附、掃

3、描電鏡、高分辨透射電鏡研究了三種碳納米導(dǎo)電劑的微觀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)模型。掃描電鏡表明，碳黑、碳納米管、石墨烯分別與活性顆粒構(gòu)建成點(diǎn)、線、面的三維網(wǎng)絡(luò)式復(fù)合材料。利用恒電流充放電、循環(huán)伏安法、交流阻抗譜測試了不同維度的碳納米導(dǎo)電劑對電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性的增強(qiáng)效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：石墨烯能有效地降低電池的交流阻抗，減少大電流充放電過程中的極化現(xiàn)象，提高鋰離子電池的可逆容量及倍率性能。在0.1C倍率下，石墨烯與石墨復(fù)合的電極可逆容量為366mAh/

4、g，循環(huán)20次無衰減。石墨烯與磷酸鐵鋰復(fù)合的電極在1C倍率下，放電容量為124 mAh/g，而碳黑、碳納米管作導(dǎo)電劑的電極容量分別為115mAh/g、103 mAh/g。
　　 研究了石墨烯、碳納米帶的制備工藝，并探索了碳納米帶作鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。采用改進(jìn)的Hummers法制備了石墨烯；分別以化學(xué)氣相沉積法和氫電弧法制備的碳納米管為原料，通過化學(xué)法剝離制備了碳納米帶。通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)：制備的碳納米帶呈三維貫通的