LiFePO4納米片球/石墨烯復合材料的制備及鋰電性能研究*

劉 晗，白 增，文曉剛

（四川大學 材料科學與工程學院，四川 成都 610065）

隨著能源問題日益凸顯，鋰離子電池因其比容量高、能量密度高、循環性能好、充放電效率高、無記憶效應、使用壽命長、綠色環保及安全性能好等優點，在新能源汽車、大型儲能設備及日常便攜式電子設備等領域被廣泛應用[1]。其中橄欖石結構的磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料自從1997年 Goodenough教授等首次發現其可逆嵌鋰-脫鋰特性以來，已經成為近年來鋰離子電池正極材料研究的熱點[2]。LiFePO4有著高的理論比容量（170mAh·g-1）、較高的充放電平臺（3.4V vs.Li+/Li）、循環穩定性及安全性好等優點，但鋰離子擴散速率（約 1×10-14·cm2·s-1）和電子電導率（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用[3]。為了改善以上缺陷，目前已經發展出多種手段對LiFePO4進行材料改性，提升其電化學性能。如材料納米化，LiFePO4的本征缺陷是由于其一維的鋰離子擴散通道，材料納米化可以減小粒徑從而縮短鋰離子擴散路徑，改善鋰離子擴散速率；如Michael等使用高分子共聚物作為模板通過溶膠凝膠法制備出納米級空心球殼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也因其高界面能更容易引起粒子團聚，導致其表面電化學性質更加復雜，不利于電極性能。石墨烯材料具有良好的導電性及高的比表面積，與材料復合時可以抑制晶粒生長，增大比表面積，增強粒子間表面電子的導電率，減少電池極化，因而被廣泛用來增強電極材料的電化學性能。如Jiseop等使LiFePO4顆粒包覆在石墨烯表面，再經過碳熱處理，制備出雙導電機制LFP/G復合材料，呈現出優良的倍率性能和循環性能[6]。……