LiFePO4/石墨烯复合材料电化学研究(2)
2.3 试样的制备 9
2.4 电极片的制备 9
2.5 电池的组装 10
2.6 测试与表征 10
2.6.1 热重测试TG-DSC 10
2.6.2 X射线衍射分析XRD 10
2.6.3 扫描电镜SEM 10
2.6.4 电化学性能测试 11
3 结果与讨论 12
3.1 不同浓度的石墨烯对磷酸锂物相的影响 12
3.1.1 TG-DSC分析 12
3.1.2 XRD分析 13
3.1.3 SEM分析 14
3.2 不同浓度的石墨烯对磷酸锂电化学性能的影响 15
3.2.1 循环性能测试 15
3.2.2 CV曲线 16
3.2.3 交流阻抗测试 17
4 结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 绪论
随着全球日益严重的能源危机，作为主要动力能源的石油资源日益匮乏，研究和开发新一代替代性产品已迫在眉睫。绿色环保锂离子二次电池近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并被逐步开发为电动汽车的动力电源[1]。此中，新型电极材料特别是正极材料的研究最为被人关注，因为它对电池的容量，循环寿命，安全性能和成本构成的影响最大。磷酸铁锂由于其本身的晶体结构，以及它稳定化学性导致它有着安全及长寿命等特点，特别适合用作大尺寸电池。此外，磷酸铁锂的低成本和环境友好的特点也特别适合大规模应用。和层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂相比，LiFePO4因其优异的热稳定性，良好的循环性能被认为是最具有潜力的锂离子电池正极材料。但是，由于LiFePO4本身较低的电子电导率和离子迁移率制约了它的广泛应用。
近年来的研究表明，合成粒径、形貌均一的纳米尺寸LiFePO4颗粒，有助于减小电阻，提高锂离子迁移速率，改善大电流放电能力，进一步提高磷酸铁锂正极材料的电化学性能，所以纳米磷酸铁锂正极材料的合成制备受到了更多的关注。而石墨烯作为一种新型碳基材料，具有独特的二文形态、良好的化学稳定性、优良的导电性能和超大的比表面积，适合作为包覆材料以增强磷酸铁锂电极的导电性能和循环性能[2]。
1.1 锂离子电池简介
1.1.1 锂离子电池的发展与用途
自1991 年，索尼公司首次将可充电锂离子电池商业化以来，锂离子电池产业得到迅猛发展，应用领域也不断扩大，市面上随处可见锂离子产品的身影，锂离子电池已经成为我们生活中不可缺少的必需品，开发研制出高性能、低成本的锂离子电池具有广阔的市场前景。我国是锂离子电池生产、需求、出口的大国，当前国内许多知名汽车制造商都致力于研究开发绿色环保的锂离子动力电池汽车，国家也对节能环保给予了大力支持，特别是对混合动力汽车HEV、外接充电式混合动力汽车PHEV、燃料电池车FCV采用的动力锂离子电池关键材料和电池的研发给予了大力支持。
1.1.2 锂离子电池的充放电原理
锂离子电池的原理是主要依靠锂离子在正负极之间的嵌入与脱嵌来进行充放电循环的，是一种可充电电池[3]。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+ 从FeO6 层间迁移出来，经过电解质进入负极，Fe2+ 被氧化成为Fe3+，放电时则相反。充电时Li+从LiFePO4 中的脱出，形成FePO4，放电时Li+重新嵌入到FePO4中，形成LiFePO4[4]。