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【F5000推荐论文】磷酸铁锂/石墨烯复合材料的合成及电化学性能
出处:公众号【航空材料学报】  录入日期:2021-09-23  点击数:2802

  磷酸铁锂因诸多优势成为最具发展前景的锂离子电池正极材料,但本身极低的电子导电性限制了其商业化应用。利用石墨烯改性磷酸铁锂成为有效解决办法,但寻求一种操作简单、利于产业化的石墨烯/磷酸铁锂复合材料制备方法仍面临挑战。本文采用研磨、超声、搅拌干燥工艺制备了一种磷酸铁锂/石墨烯复合材料。
  对磷酸铁锂原材料进行透射电镜表征,结果显示,商用磷酸铁锂颗粒表面包覆有一层无定形碳,但未对磷酸铁锂颗粒形成完整及均匀包覆。因此,产业化碳包覆对磷酸铁锂电子导电性的提高作用有限,仍有很大改性空间;对磷酸铁锂原材料及磷酸铁锂/石墨烯复合材料进行扫描电镜表征,结果显示,所制备的复合材料,石墨烯、磷酸铁锂良好分散,石墨烯穿插、贴附于磷酸铁锂颗粒间,形成了高效三维导电网络。该结构可加快充放电过程中电子及Li+的传输速度;对磷酸铁锂原材料及磷酸铁锂/石墨烯复合材料进行XRD(X-ray diffraction)分析,结果显示,复合材料出现典型磷酸铁锂衍射峰,且未发现其他衍射峰。说明复合材料制备方法未改变磷酸铁锂的晶体结构;对磷酸铁锂原材料及磷酸铁锂/石墨烯复合材料进行Raman分析,结果进一步证明石墨烯与磷酸铁锂颗粒成功复合;对两种电极进行电化学性能测试,结果显示,添加石墨烯后,磷酸铁锂倍率及循环性能均得到明显提高:5 C放电倍率下,克容量由37.3 mAh/g提高到94.2 mAh/g。100次循环后,容量保持率由56.5%提高到90.4%;对两种电极进行循环伏安测试,结果显示,复合材料的峰电位差(430 mV)比磷酸铁锂原材料(460 mV)低30 mV,说明复合材料极化更低,电化学活性更高;对两种电极进行电化学阻抗分析,结果显示,磷酸铁锂/石墨烯的电荷转移阻抗小于磷酸铁锂原材料,说明石墨烯构建了高效导电网络,有效提高了电荷转移效率。
  磷酸铁锂/石墨烯复合材料中,石墨烯、磷酸铁锂颗粒良好分散,并形成3D导电网络。石墨烯的添加提高了电荷转移效率,减小了反应极化,有效改善了材料的倍率及循环性能。5C倍率下,磷酸铁锂放电比容量由37.3 mAh/g提高到94.2 mAh/g,100次循环后,磷酸铁锂容量保持率由56.5%提高到90.4%。石墨烯作为正极材料导电添加剂具有良好的应用前景。
  作者信息:
  南文争, 燕绍九, 彭思侃, 张晓艳, 刘大博, 戴圣龙
  (中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心, 北京 100095)
  材料工程,2018, 46(4): 43-50.

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