鋰離子電池電極材料的表面改性研究

1、鋰離子電池電極材料的表面改性研究 指導(dǎo)老師：目錄1. 引言2. 表面碳沉積包覆工藝及該工藝的影響因素3. 表面碳沉積包覆對(duì)樣品的影響4. 總結(jié)與展望隨著自然環(huán)境的惡化，資源日益趨于枯竭，可循環(huán)使用的二次電池這種儲(chǔ)能裝置的研究，得到了越來(lái)越多的重視。鋰離子電池和其他二次電池相比，具有：儲(chǔ)能多，綠色環(huán)保，無(wú)記憶效應(yīng)，循環(huán)能力好等優(yōu)點(diǎn)，成為移動(dòng)電子設(shè)備的主要儲(chǔ)能元件。鋰離子電池的性能首先取決于其電極材料。一般來(lái)說(shuō)鋰離子電池的電極材料需具有：容量大，導(dǎo)電性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，遷移率高等要求。引言鋰離子電池負(fù)極材料對(duì)比目前，得到大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的鋰離子電池的主要負(fù)極材料有石墨和Li4Ti5O12充放電容量小充放

2、電電壓平臺(tái)低Li3VO4是一種充放電容量大，充放電電壓平臺(tái)較高，性能優(yōu)越的新型鋰離子電池負(fù)極材料實(shí)際當(dāng)中，除了負(fù)極石墨材料，其他常見(jiàn)的電極材料均為半導(dǎo)體，甚至是絕緣體，如何來(lái)提高其導(dǎo)電性，成為提升其電化學(xué)性能的關(guān)鍵。由于碳的石墨結(jié)構(gòu)具有很好的導(dǎo)電性，因此對(duì)于材料其顆粒表面進(jìn)行碳沉積包覆，是一種很有效的手段。碳沉積包覆方法的對(duì)比目前，對(duì)于材料進(jìn)行表面包覆主要有液相法和固相法兩種液相包覆：需要在合成中就進(jìn)行包覆，低溫包覆導(dǎo)電性差，包覆不均勻，反應(yīng)難以控制，易發(fā)生副反應(yīng)固相包覆：產(chǎn)品合成后包覆，包覆在高溫中進(jìn)行，表面碳層石墨化程度高，導(dǎo)電性良好，包覆碳層均勻，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單可控。圖片來(lái)源：A.Zhiy

3、ong Liang, Yanming Zhao, Liuzhang Ouyang etc. Synthesis of carbon-coated Li3VO4and its high electrochemical performance as anode material for lithium-ion batteriesJ, Journal of Power Sources, 2014(255), 244-247.圖片來(lái)源：Liang Cheng, Xi-Li Li, Hai-Jing Liu, etc. Carbon-Coated Li4Ti5O12 as a High Rate Ele

4、ctrode Material for Li-Ion IntercalationJ. Journal of The Electrochemical Society. 2007(154) A692-A697綜合對(duì)于兩種包覆方法的比較，我們選擇固相包覆方法來(lái)對(duì)于電極材料表面改性第一步： Li3VO4的合成合成Li3VO4Li2CO3+V2O5球磨加熱6h(600)研磨加熱3h(900)球磨6h所合成Li3VO4的X-RD圖譜由X-RD圖譜可知，我們所合成的產(chǎn)物為純度和結(jié)晶度較高的Li3VO4第二步： Li3VO4的表面碳沉積包覆N2 +Li3VO4石英管N2顆粒粒徑對(duì)于碳沉積包覆的影響未球磨經(jīng)過(guò)球

5、磨球磨前后Li3VO4的SEM形貌對(duì)比碳成沉包覆后Li3VO4的外觀(guān)對(duì)比未球磨經(jīng)過(guò)球磨由未球磨和經(jīng)過(guò)球磨的Li3VO4的碳沉積包覆后外觀(guān)顏色對(duì)比可知，降低顆粒粒徑有利于提升碳沉積包覆水平（800 3h 流量100sccm)包覆時(shí)間對(duì)于碳沉積包覆的影響不同包覆時(shí)間后樣品的TG/DTA曲線(xiàn)氣氛：空氣升溫速率10/min由TG/DTA曲線(xiàn)可知隨著碳沉積包覆時(shí)間增加，碳包覆量增加包覆溫度對(duì)于碳沉積包覆的影響(1)不同溫度下碳沉積包覆后產(chǎn)物的外觀(guān)對(duì)比樣品編號(hào)載氣流量Ssccm包覆條件(h)產(chǎn)物狀態(tài)a15800(2)黑b15600(2)較黑c15500(2)較灰d15400(2)較白對(duì)比不同溫度下碳沉積包

6、覆后產(chǎn)物的外觀(guān)，可知提升碳沉積包覆溫度有利于提升包覆水平包覆溫度對(duì)于碳沉積包覆的影響(2) 不同包覆溫度條件下樣品的激光拉曼圖譜1、提升包覆溫度能夠提高包覆后碳層的結(jié)晶化水平由拉曼圖譜可知：2、在包覆后繼續(xù)氮?dú)鈿夥障卤?，能夠提升包覆?碳層的石墨化程度碳沉積包覆后產(chǎn)品的TEM形貌圖由TEM形貌圖可知，我們通過(guò)氣相包覆方法，成功在顆粒獲得了表面具有均勻厚度碳層800 3h 流量100sccm為了繼續(xù)研究氣相碳沉積包覆這一工藝是否具有普適性，我們選擇Li3VO4的前驅(qū)體V2O5納米線(xiàn)作為基體來(lái)繼續(xù)研究表面氣相碳沉積包覆工藝對(duì)于基體形貌的影響。碳沉積包覆工藝的普適性碳包覆后V2O5納米線(xiàn)的SEM圖

7、及EDS分析由EDS能譜分析結(jié)果可知，有碳元素包覆在V2O5納米線(xiàn)的表面，說(shuō)明氣相沉積包覆工藝具有一定的普適性(400 0.5h 流量：15sccm)碳沉積包覆前后V2O5納米線(xiàn)形貌對(duì)比碳包覆前后V2O5納米線(xiàn)的形貌SEM對(duì)比圖包覆前包覆后對(duì)比包碳前后V2O5納米線(xiàn)形貌SEM對(duì)比圖可知，碳沉積包覆后不會(huì)使V2O5納米線(xiàn)形貌發(fā)生改變(400 0.5h 流量：15sccm)碳沉積包覆對(duì)于保持基體形貌的作用效果不同碳沉積包覆條件下V2O5納米線(xiàn)在600下保溫2h后的SEM形貌圖未碳包覆400 0.5h 氣流15 sccm400 0.5h 氣流25 sccm通過(guò)不同碳包覆條件下產(chǎn)物SEM的形貌圖，可知

8、：1、對(duì)于材料表面進(jìn)行碳沉積包覆，有利于保持材料原始形貌在高溫下不被破壞。2、提高載氣的氣流量，有助于提升碳沉積包覆水平。電化學(xué)測(cè)試(1)-Li3VO4未包碳(導(dǎo)電劑18%)已包碳(導(dǎo)電劑10%)對(duì)比以上充放電曲線(xiàn)，可知碳沉積包覆提升了顆粒的電導(dǎo)率未包碳和碳包覆后Li3VO4的充放電曲線(xiàn)電化學(xué)測(cè)試(2)-V2O5納米線(xiàn)未包覆已包覆未包覆和已包覆V2O5納米線(xiàn)的充放電曲線(xiàn)對(duì)比循環(huán)容量曲線(xiàn)通過(guò)對(duì)于V2O5納米線(xiàn)表面進(jìn)行碳沉積包覆，明顯提升了其循環(huán)能力總結(jié)與展望通過(guò)氣相包覆方法，能成功對(duì)材料基體表面進(jìn)行碳沉積包覆碳沉積包覆水平受到：基體粒徑、包覆時(shí)間、包覆溫度、載氣流量等因素所控制碳包覆沉積具有一定的普適性碳沉積包覆有利于保持基體顆粒的原始形貌，防止顆粒在高溫下長(zhǎng)大碳沉積包覆有理于提高電極材料的導(dǎo)電性和循環(huán)能力致謝感謝