LiFePO4納米片球/石墨烯復(fù)合材料的制備及鋰電性能研究*

劉 晗，白 增，文曉剛

（四川大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610065）

隨著能源問(wèn)題日益凸顯，鋰離子電池因其比容量高、能量密度高、循環(huán)性能好、充放電效率高、無(wú)記憶效應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保及安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，在新能源汽車(chē)、大型儲(chǔ)能設(shè)備及日常便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[1]。其中橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料自從1997年 Goodenough教授等首次發(fā)現(xiàn)其可逆嵌鋰-脫鋰特性以來(lái)，已經(jīng)成為近年來(lái)鋰離子電池正極材料研究的熱點(diǎn)[2]。LiFePO4有著高的理論比容量（170mAh·g-1）、較高的充放電平臺(tái)（3.4V vs.Li+/Li）、循環(huán)穩(wěn)定性及安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但鋰離子擴(kuò)散速率（約 1×10-14·cm2·s-1）和電子電導(dǎo)率（約 1×10-10S·cm-1）較差，這些缺陷限制了磷酸鐵鋰材料的廣泛應(yīng)用[3]。為了改善以上缺陷，目前已經(jīng)發(fā)展出多種手段對(duì)LiFePO4進(jìn)行材料改性，提升其電化學(xué)性能。如材料納米化，LiFePO4的本征缺陷是由于其一維的鋰離子擴(kuò)散通道，材料納米化可以減小粒徑從而縮短鋰離子擴(kuò)散路徑，改善鋰離子擴(kuò)散速率；如Michael等使用高分子共聚物作為模板通過(guò)溶膠凝膠法制備出納米級(jí)空心球殼LiFePO4材料，具有較高的倍率性能[5]。但納米化粒子在提高比表面積的同時(shí)也因其高界面能更容易引起粒子團(tuán)聚，導(dǎo)致其表面電化學(xué)性質(zhì)更加復(fù)雜，不利于電極性能。石墨烯材料具有良好的導(dǎo)電性及高的比表面積，與材料復(fù)合時(shí)可以抑制晶粒生長(zhǎng)，增大比表面積，增強(qiáng)粒子間表面電子的導(dǎo)電率，減少電池極化，因而被廣泛用來(lái)增強(qiáng)電極材料的電化學(xué)性能。如Jiseop等使LiFePO4顆粒包覆在石墨烯表面，再經(jīng)過(guò)碳熱處理，制備出雙導(dǎo)電機(jī)制LFP/G復(fù)合材料，呈現(xiàn)出優(yōu)良的倍率性能和循環(huán)性能[6]。……