论文部分内容阅读
化石能源为人类文明做出了重要贡献,但其过度消耗也带来了一系列环境问题。开发清洁能源是能源可持续发展的必经之路。锂离子电池已被广泛应用于新能源汽车、电子设备、航天航空等领域。发展能量密度高、成本较低的锂离子动力电池新型复合负极材料具有重要意义。钒酸锂(Li3VO4)具有高比容量、高能量密度,是一种具有潜力的负极材料,但是导电性差、容量衰减快且倍率性能差,严重限制了其使用。而石墨、碳纳米管等碳材料具有很好的导电性,常用作锂离子电池负极材料。拟将Li3VO4和碳材料进行复合,以提高复合材料的导电性和导锂离子性,增强钒酸锂基碳负极材料的实用性。
本研究基于片状石墨(FSN–1)和碳纳米管(CNTs)复合载体负载Li3VO4构建导电网络的设想,探究了一种新型Li3VO4/C复合负极材料的球磨-喷雾干燥法制备方法。重点考察了不同碳材料载体配比、分散剂用量、球磨时间和烧结温度等因素对复合材料性能的影响。采用XRD、SEM、TG和激光粒度分析等手段对所制复合材料的结构与理化性能进行了表征测试。结果表明:实验制备的Li3VO4/C复合负极材料的XRD图谱与标准PDF卡片PDF#39–0378基本吻合;SEM图证实,葡萄糖用量为钒酸锂和碳材料的10wt%时,各组分分散得很好,Li3VO4颗粒均匀地包裹于碳材料表面;复合材料热稳定性好,在450℃时残留率仍有75%以上;随着球磨时间从3h增加至7h,复合材料的平均粒径逐渐减小。
采用电化学工作站和电池测试仪评估了复合材料的交流阻抗、循环伏安曲线和充放电性能等特性。结果表明:控制单一变量前提下,分散剂葡萄糖的用量占LVO和碳载体总质量的10%时,复合材料性能最好,恒定电流密度100mA/g时,首次放电比容量为607.2mAh/g,首次充电比容量为330.8mAh/g,首次效率为54.47%。循环100次后比容量仍有275mAh/g。从大电流密度500mA/g回到小电流密度100mA/g后,比容量仍能稳定在275mAh/g。碳载体质量配比FSN-1:CNTs=6:4时复合材料的首次效率达到66.9%,从大电流密度回到小电流密度时,比容量仍可回到初始比容量的89.4%。当复合负极材料的烧结温度为600℃时,性能较好,复合材料的首次效率达60.50%,从大电流密度回到小电流密度时容量仍有290mAh/g,容量保持率达92%。球磨时间为6h时,复合材料具备较好的电化学性能,首次效率为62.8%,从大电流密度回到小电流密度时其容量的保持率达87.2%。由CV曲线和交流阻抗图谱可知,葡萄糖和CNTs的加入能明显降低复合材料的电化学阻抗,有利于电子和Li+的传递。
本研究基于片状石墨(FSN–1)和碳纳米管(CNTs)复合载体负载Li3VO4构建导电网络的设想,探究了一种新型Li3VO4/C复合负极材料的球磨-喷雾干燥法制备方法。重点考察了不同碳材料载体配比、分散剂用量、球磨时间和烧结温度等因素对复合材料性能的影响。采用XRD、SEM、TG和激光粒度分析等手段对所制复合材料的结构与理化性能进行了表征测试。结果表明:实验制备的Li3VO4/C复合负极材料的XRD图谱与标准PDF卡片PDF#39–0378基本吻合;SEM图证实,葡萄糖用量为钒酸锂和碳材料的10wt%时,各组分分散得很好,Li3VO4颗粒均匀地包裹于碳材料表面;复合材料热稳定性好,在450℃时残留率仍有75%以上;随着球磨时间从3h增加至7h,复合材料的平均粒径逐渐减小。
采用电化学工作站和电池测试仪评估了复合材料的交流阻抗、循环伏安曲线和充放电性能等特性。结果表明:控制单一变量前提下,分散剂葡萄糖的用量占LVO和碳载体总质量的10%时,复合材料性能最好,恒定电流密度100mA/g时,首次放电比容量为607.2mAh/g,首次充电比容量为330.8mAh/g,首次效率为54.47%。循环100次后比容量仍有275mAh/g。从大电流密度500mA/g回到小电流密度100mA/g后,比容量仍能稳定在275mAh/g。碳载体质量配比FSN-1:CNTs=6:4时复合材料的首次效率达到66.9%,从大电流密度回到小电流密度时,比容量仍可回到初始比容量的89.4%。当复合负极材料的烧结温度为600℃时,性能较好,复合材料的首次效率达60.50%,从大电流密度回到小电流密度时容量仍有290mAh/g,容量保持率达92%。球磨时间为6h时,复合材料具备较好的电化学性能,首次效率为62.8%,从大电流密度回到小电流密度时其容量的保持率达87.2%。由CV曲线和交流阻抗图谱可知,葡萄糖和CNTs的加入能明显降低复合材料的电化学阻抗,有利于电子和Li+的传递。