氮摻雜納米碳改性磷酸鐵鋰正極材料的制備、表征與電化學性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化科技的快速發(fā)展，能源與環(huán)境問題日益突出，對新能源的開發(fā)及利用提出了更高的要求。鋰離子電池以其工作電壓高、自放電小、無記憶效應(yīng)、環(huán)保等優(yōu)點，成為最有前途的能量存儲系統(tǒng)。橄欖石型的磷酸鐵鋰(LiFeP O4)作為最具發(fā)展前景的一種鋰離子電池正極材料，具有比容量高、價格低廉、循環(huán)壽命長、安全性能好和對環(huán)境無污染等優(yōu)點。然而，較低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴散系數(shù)導(dǎo)致了磷酸鐵鋰的電化學性能較差，限制了其在高倍率動力型鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。

2、因此，如何提高LiFePO4的導(dǎo)電率和鋰離子擴散系數(shù)成為了研究的熱點。碳納米管和石墨烯等納米碳具有奇特的性質(zhì)，是一類優(yōu)良的導(dǎo)電添加劑，而氮摻雜的納米碳可進一步提高其物化性能。為改善LiFePO4的性能，本文采用冷凍干燥法合成氮摻雜碳納米管-LiFePO4多孔復(fù)合材料，通過兩步水熱法制備氮摻雜碳納米管-LiFePO4球形復(fù)合材料，并采用溶劑熱法合成氮摻雜石墨烯氣凝膠-LiFePO4復(fù)合材料。采用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子

3、能譜、氮吸附和熱重等表征手段對所合成材料的形貌結(jié)構(gòu)進行分析，并進一步通過恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測試方法對復(fù)合材料的電化學性能進行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴冷凍干燥法合成的氮摻雜碳納米管-LiFePO4多孔復(fù)合材料呈現(xiàn)三維多孔結(jié)構(gòu)。材料內(nèi)部縱橫交錯的氮摻雜碳納米管和孔洞可以分別為電子和鋰離子提供快速傳輸?shù)耐ǖ?，從而提高鋰離子的脫出/嵌入動力學。因此，復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的放電比容量、倍率性能和循環(huán)性能。⑵兩步水熱法合

4、成的氮摻雜碳納米管-LiFePO4球形復(fù)合材料具有較高的振實密度，氮摻雜碳納米管在微球內(nèi)部構(gòu)成的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不僅提高了LiFePO4的電子電導(dǎo)率，而且還增加了鋰離子和電子的擴散通道，縮短了鋰離子的擴散距離，并進一步提高了材料的利用率。LiFePO4/N-CNTs在0.1C和1C放電比容量分別為153和140 mAh g-1，而且1C循環(huán)500次后的容量保持率為97.6％。⑶溶劑熱法合成的氮摻雜石墨烯氣凝膠-LiFePO4復(fù)合材料具有良好