石墨烯纳米片用作锂离子电池正极材料lifepo4导电剂的研究

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1、石墨烯纳米片用作锂离子电池正极材料LiFePO4导电剂的研究石墨烯纳米片用作锂离子电池正极材料LiFePO4导电剂的研究李新禄张勇来宋宏芳王皓李鸿乂黄佳木5101520253035重庆大学材料科学与工程学院重庆400045摘要针对锂离子电池正极材料LiFePO4的导电性问题本文采用石墨烯纳米片作为新型导电剂扫描电镜发现石墨烯纳米片的表面褶皱使其能有效地包裹LiFePO4颗粒形成面接触的导电界面从而显著提高了导电性恒流充放电试验表明石墨烯纳米片的加入有利于提高LiFePO4的电化学反应活性相对于传统的炭黑LiFePO4的放电容量在01C下提高了11mAhg-1关键词正极材料

2、石墨烯导电剂锂离子电池中图分类号TM9129InvestigationongraphenenanosheetsasaconductingadditivesinLiFePO4cathodematerialsforlithiumionbatteriesLIXinluZHANGYonglaiSONGHongfangWANGHaoLIHongyiHUANGJiamuCollegeofMaterialsScienceandEngineeringChongqingUniversityChongqing400045AbstractGraphenenanosheetswereusedaco

3、nductingadditivesinordertoimprovetheconductivityofLiFePO4ScanningelectronmicroscopyimagesshowedthatthesurfacewrinklesofgraphenenanosheetswrappedLiFePO4particlestoformplanecontactedinterfacethusenhancedtheconductivityofthecathodeGalvanostaticcharge-dischargetestsindicatedthattheadditionofgr

4、aphenenanosheetsincreasetheelectrochemicalreactionactivationofLiFePO4ComparedwiththecarbonblackthedischargecapacityofLiFePO4at01Cratewasimproved11mAhg-1KeywordsgraphenenanosheetsconductingadditivesLiFePO4lithium-ionbatteries0引言磷酸铁锂LiFePO4LFP作为锂离子电池的正极材料[1]具有资源丰富价格低廉环境友好循环性能优良等[23]特点在锂离子电池中

5、有着广泛应用然而极低的电子电导率和离子电导率[4]阻碍了LiFePO4在动力型锂离子电池中的应用领域目前解决该问题的途径主要有表面碳包覆[5-7]金属阳离子掺杂[8]以及颗粒尺寸纳米化[9-10]等研究发现导电剂的使用对提高电极材料的电子电导率具有显著作用[11-12]目前商用导电剂多为炭黑CarbonblackCB颗粒炭黑零散的分散在LiFePO4电极材料中难以形成有效的导电网络石墨烯具有优异的电子传导率其独特的二维结构有利于增大导电剂与LiFePO4颗粒的接触面积[13]从而增强活性材料的导电性改善其电化学性能本文采用改性Hummers法[14]制备了石墨烯纳米片Gra

6、pheneNanosheetsGNs并分别以GNs和CB为导电剂探究了石墨烯纳米片对磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响效基金项目教育部高等学校博士点科研基金20090191120015作者简介李新禄1975-男副教授研究方向储能材料E-maillixinlucom-1-应4045505560651实验11材料制备及电池的组装采用鳞片石墨50目青岛产99995为原料经改性Hummers法氧化后所得氧化石墨经60℃干燥磨碎后在1000管式炉中膨胀再经超声剥离制得石墨烯纳米片GNs将LiFePO4颗粒D50475μm精锐电池有限公司广州导电剂和聚偏氟乙烯PVDF粘结剂按质量比9

7、055混合采用N-甲基吡咯烷酮NMP999AlfaAesar分散后调成糊状涂在铝箔上经干燥辊压后切成直径为18mm的工作电极极片分别标记为LFP-CB和LFP-GNs以1molLLiPF6EMCDMC体积比11张家港产电池级为电解液金属锂片995天津为对电极Celgard2500为隔膜在充满氩气的手套箱内装配成CR2430型扣式电池12电极材料的结构表征及电化学性能测试采用型号为D-2500PCCuKαλ15406的X射线衍射仪分析导电剂及LiFePO4颗粒的物相扫描速度为4°min采用氮吸附比表面分析仪ASAP2