【摘 要】
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现如今,无线移动社会面临的最大挑战之一是为日益多样化的应用提供高效、低成本、环保的能源存储介质。而锂离子电池因具有明确的优势以及数十年的研究成果,逐步发展成能源储存和转换的代表。随着近年来对电池性能更高质量的需求,用于最新锂离子电池的电极材料和导电剂需要重新开发。由于导电剂的加入可以改善材料导电性较差的现象,因此,如何选取合适的导电剂以提升电池性能,是迫切需要解决的难题。目前导电剂中常用的有碳黑、
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现如今,无线移动社会面临的最大挑战之一是为日益多样化的应用提供高效、低成本、环保的能源存储介质。而锂离子电池因具有明确的优势以及数十年的研究成果,逐步发展成能源储存和转换的代表。随着近年来对电池性能更高质量的需求,用于最新锂离子电池的电极材料和导电剂需要重新开发。由于导电剂的加入可以改善材料导电性较差的现象,因此,如何选取合适的导电剂以提升电池性能,是迫切需要解决的难题。目前导电剂中常用的有碳黑、乙炔黑、碳纤维素、改性碳纳米管等,他们的复合不能实现颗粒有效连接导致导电性差。而石墨烯有高导电率和高电子质量,借助其高导电性,与碳纳米管、炭黑结合可构建“点、线、面”三维导电网络,使电极材料发挥优势,有效改善电池的容量、倍率性能。石墨烯的很多制备方法生产率都太低,限制了其在锂离子电池方面的应用。因此,如何寻找一种高效、绿色、简单的方法规模化生产高质量的石墨烯,并将其应用于锂离子电池,成为研究的热点和难点。本课题以石墨为原料,利用超临界CO2辅助剪切剥离的方法大规模的制备石墨烯,实验数据表明,此方法实现了石墨的有效剥离,通过分析拉曼光谱和X射线衍射发现,超临界CO2剥离后的石墨烯的缺陷较少,电导测试表明其导电性能优异。本文将制备的石墨烯与碳纳米管、炭黑三者混合,探讨三相最佳混合比例,制备出均匀的石墨烯基导电浆料。结果表明,“点、线、面”三维导电网络可改善碳管团聚、石墨烯聚并问题,减弱锂离子转移阻力,提升电极的反应动力学速率,大幅得改善其电化学性能。通过对比不同比例的导电浆料对磷酸铁锂电池容量性能和倍率性能的影响,并研究了尺寸对电池性能的影响,得出当m(石墨烯):m(碳纳米管):m(炭黑)=4:2:4时,磷酸铁锂电池的放电比容量要优于其他比例电池。然后测试电池的循环性能和低温性能,并与商业炭黑为导电剂作对比,结果显示,此电池比商业炭黑作为导电剂时的性能更加优异,为石墨烯应用于锂离子电池的规模化生产迈出了重要的一步。
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