ZnFe_2O_4(Zn_2SnO_4)/石墨烯复合负极材料制备表征及掺杂提高磷酸铁锂低温性能

【摘要】面对动力电池行业对高性能电池日益增长的需求,我们必须提高现有电池材料性能并着手研发新的电池材料体系。在负极材料领域,与传统的碳负极材料相比,过渡金属氧化物(TMO)因其充放电过程中的反应特性而具有更高的比容量,例如氧化锌,氧化锡,氧化铁等,除了这些简单的氧化物,很多有AB204(或A2B04)结构的复杂氧化物作为锂离子电池负极材料也很有前途,但是这些复杂氧化物在与锂的嵌入/脱出过程当中由于反应时有巨大的体积变化而使得其循环稳定性很差。石墨烯,这种有着3维网状结构的碳材料,有着大的比表面积以及高的机械强度,因此在反应过程中可以缓冲体积变化并且抑制活性物质颗粒的团聚。橄榄石型磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料由于循环稳定性好,安全性可靠以及价格低廉等优点成为一种很理想的正极材料。但是目前工厂实用化LiFePO4材料存在低温性能不好、电导率较差、能量密度低以及加工性能差等问题。通过一种简单的一步水热法合成了两种不同形貌的Zn2SnO4与石墨烯的纳米复合材料。其中一种为微米级八面体形的Zn2SnO4被牢固地约束在石墨烯片上,形成一种特殊的纳米复合结构。另一种为纳米尺寸的Zn2SnO4颗粒均匀地分散固定在被还原的石墨烯上。由于Zn2SnO4颗粒夹在石墨烯片层间故可以抑制疏水的石墨烯片层的堆叠。与纯的Zn2SnO4材料相比,由于加入的石墨烯具有导电、分散以及抑制团聚的作用,复合材料表现出更好的电化学性能。ZnFe2O4与石墨烯的复合材料经过简单的一步原位水热法制得。两种不同尺寸的球状ZnFe2O4(100nm与10nm)固定在石墨烯片层间,形成一种独特的复合结构。ZnFe2O4/G复合材料在储锂方面表现出优异的倍率性能与大电流循环性能。在ZnFe2O4/G-LiFePO4/C组成的简单全电池测试中也表现出很高的容量。以Co,Mn,Ni,Zn的醋酸盐经过两步固相法制备LiFe0.98gM0.02PO4掺杂正极材料来研究Fe位掺杂对磷酸铁锂低温性能的影响。根据电化学性能测试结果显示,在低温下掺Co的样品性能最好,最佳的掺杂浓度为2%。这是由于Co占据了其对应的Fe位,削弱了橄榄石结构,使锂离子更容易进出有关。
【作者】宋文涛；
【导师】谢健；金明刚；
【作者基本信息】浙江大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】Zn2SnO4；ZnFe2O4；石墨烯；原位合成；LiFePO4；掺杂；低温性能；

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