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(xué)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(duì)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(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為最有前途的能量存儲(chǔ)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(jià)格低廉、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好和對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。然而，較低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)導(dǎo)致了磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能較差，限制了其在高倍率動(dòng)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(kuò)散系數(shù)成為了研究的熱點(diǎn)。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(jìn)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(duì)所合成材料的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并進(jìn)一步通過恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測(cè)試方法對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)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(cuò)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(dòng)力學(xué)。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(shí)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(kuò)散通道，縮短了鋰離子的擴(kuò)散距離，并進(jìn)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