基于磷-碳復合物的鋰離子電池負極材料的應用研究.pdf

1、目前，商業(yè)化鋰離子電池主要采用理論比容量較低的石墨(372 mAh/g)作負極，雖其具有良好的循環(huán)性能，但難以滿足人類對鋰離子電池高比容量的需求。因此，探尋高容量及優(yōu)異循環(huán)性能的儲鋰材料已成為研究熱點。磷因具有高理論比容量(2596 mAh/g)及優(yōu)秀倍率性能等優(yōu)點，成為新型負極材料。單質(zhì)磷電導率低，且金屬磷化物在循環(huán)充放電時，金屬顆粒團聚，均致使材料電化學性能較低。故磷/碳復合物成為鋰離子電池負極材料的較優(yōu)候選擇。本論文圍繞磷/碳復合

2、負極材料首次不可逆比容量高和循環(huán)性能差的問題，并結合目前研究現(xiàn)狀，對其成分、制備方法及結構進行改進和設計，主要內(nèi)容如下：
　　(1)以具有高模量及高導電性能的多壁碳納米管(MWCNTs)和紅磷(P)為原料，采用簡單高效的無氧濕法高能球磨技術制備了具有無定形紅磷薄層包覆MWCNTs結構的P@MWCNTs復合負極材料，并研究其電化學性能。該材料的可逆比容量高達1396.6 mAh/g，首次庫倫效率約為77.94％。循環(huán)50次后，脫鋰容

3、量保持率仍為90％。在電流密度100、200、500 mA/g，甚至1000mA/g，其可逆比容量依然分別保留1374、1252.3、1095.3和934.0 mAh/g。實驗結果表明:無定形紅P利于Li+的擴散，且其包覆結構大幅度縮短了P與MWCNTs兩者間的電子傳導距離，極大地減小了負極材料的傳荷阻抗。MWCNTs導電網(wǎng)絡除了提高材料整體的電導率外，也對無定形紅P嵌脫鋰反應時的體積膨脹有一定的緩解作用。因此，P@MWCNTs有望成為

4、性能優(yōu)良的鋰離子電池負極材料。
　　(2)利用同是碳材料的石墨烯(GE)高比表面積(2630m2/g)、良好的導電性能及高機械強度和柔韌度的優(yōu)勢，采用霧化干燥技術一步制備了具有GE褶皺包覆紅P微顆粒的GE@P復合負極材料，并研究其儲鋰電化學性能。其中30％GE@P的可逆比容量高達1030.3mAh/g，50％GE@P的可逆比容量也達到了700.7mAh/g。在電流密度100、200、500mA/g，甚至1000mA/g，50％GE