碳包覆鋰電池正極材料是提高其電化學(xué)性能的有效辦法，這主要是由于提高了正極材料的導(dǎo)電性，而石墨化的碳材料由于電導(dǎo)率更高，因此可以更大程度上提高正極材料的導(dǎo)電性。但是，有文獻(xiàn)報(bào)道當(dāng)鋰離子通過無缺陷石墨片層時(shí)其擴(kuò)散速率是受限的，可能會(huì)降低正極材料的電化學(xué)性能。研究者提出可以通過石墨烯包覆的辦法研究碳包覆對磷酸鐵鋰正極材料電化學(xué)綜合性能的影響。

    研究者通過石墨烯全部包覆、部分包覆和采用常規(guī)的無定形碳包覆磷酸鐵鋰的思路來比較分析了碳包覆對磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的影響。

    制備方法：

    石墨烯全部包覆（LFP@GN）：將磷酸鐵鋰和十六烷基三甲基溴化銨溶液混合超聲2h，之后緩慢加入氧化石墨烯水溶液，然后滴加鹽酸調(diào)節(jié)PH值＜7，之后加入水合肼還原，然后用去離子水洗凈，離心后烘干，之后在氮?dú)夥諊略?00℃熱處理2h。

    石墨烯部分包覆（LFP/GN）：除了未引入十六烷基三甲基溴化銨，其他步驟同石墨烯全部包覆相同。

    ?無定形碳包覆（LFP/TC）：采用蔗糖作為碳源，和磷酸鐵鋰在氮?dú)夥諊略?00℃熱處理2h。

    圖1 碳包覆磷酸鐵鋰的制備示意圖

    從圖中（圖2）可以看出，磷酸鐵鋰可以全部被石墨烯包覆住，并且其表面的石墨烯是薄而褶皺的，而對于無定形碳包覆的磷酸鐵鋰，我們可以清晰的看出其表面有一層薄而無定形的碳層，對于部分石墨烯包覆的磷酸鐵鋰，也可以明顯看出磷酸鐵鋰有部分被石墨烯包覆住，然后還有部分沒有被包覆。

    圖2 不同的碳包覆材料的結(jié)構(gòu)和微觀形貌

    當(dāng)以0.05C的電流密度進(jìn)行恒電流充放電時(shí)（圖3），石墨烯全包覆的磷酸鐵鋰其容量只有約40mAh/g,而部分包覆的石墨烯容量約為150mAh/g，這主要是因?yàn)槭┢璧K了磷酸鐵鋰中的鋰離子傳輸擴(kuò)散到電解液中，導(dǎo)致磷酸鐵鋰材料中Fe2+/Fe3+的氧化還原反應(yīng)無法完全進(jìn)行。而對于未完全包覆的磷酸鐵鋰材料，其鋰離子可以通過未被石墨烯包覆的區(qū)域進(jìn)行傳輸擴(kuò)散，因此磷酸鐵鋰材料中Fe2+/Fe3+的氧化還原反應(yīng)可以進(jìn)行完全，使其容量可以充分發(fā)揮出來。

    圖3 磷酸鐵鋰電化學(xué)性能測試

    研究者采用石墨烯作為理想模型研究了碳包覆對磷酸鐵鋰電化學(xué)性能的影響。當(dāng)石墨烯部分包覆磷酸鐵鋰不會(huì)明顯阻擋鋰離子的傳輸擴(kuò)散，而且會(huì)大幅度提高其導(dǎo)電性，因此可以提高磷酸鐵鋰的電化學(xué)性能，當(dāng)磷酸鐵鋰正極材料被石墨烯完全包覆時(shí)，石墨烯會(huì)阻隔活性材料磷酸鐵鋰與電解液的接觸，阻擋鋰離子的傳輸擴(kuò)散。理想的碳包覆模型是既可以提高磷酸鐵鋰材料的電導(dǎo)率也不會(huì)降低鋰離子的傳輸擴(kuò)散速率。

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