磷化镍用作锂离子电池负极材料的制备及性能研究

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锂离子电池金属磷化物负极材料因具有理论比容量高、反应电极电势低、电极极化小、金属性强和热稳定性高等优点备受关注,有望成为新一代锂离子动力电池负极材料。但作为转化型负极材料,其存在体积膨胀严重、导电性差和制备成本高等缺点,严重制约了大规模生产及应用。此外,锂离子电池一般采用有机液态电解液,存在一定的安全隐患,而固态电解质在一定程度上能够提升锂离子电池的安全性并拓宽电化学窗口,有待发展为新一代固态锂离子电池电解质。本论文主要采用冷凝回流法一步制备具有空心结构和导电网络的磷化镍负极材料。同时设计了一种聚合物基底的复合固态电解质与磷化镍负极组装电池以提升电池的安全性和柔韧性。主要研究内容如下:(1)采用冷凝回流法在石墨烯纳米片导电网络上原位生长空心碳包覆Ni12P5(Ni12P5@C/GNS),该方法原位消耗磷源,避免有毒PH3气体逸出,不借助外加模板和表面活性剂便可构筑空心结构。研究表明空心结构和碳包覆能有效抑制体积膨胀,并且包覆碳壳和GNS形成的导电网络提高了材料的导电性。用作锂离子电池负极材料时,在100 mA g-1的电流密度下循环100周,其放电比容量为900 mAh g-1,表现出优异的储锂性能。(2)通过复合法制备出PMMA/PVDF-HFP/LAGP/LiTFSI复合固态电解质,研究发现通过复合有效提高了固态电解质的离子电导率。通过优化聚合物基底PMMA和PVDF-HFP的比例制备的复合固态电解质,在室温下的锂离子电导率为4.0×10-2 mS cm-1,且机械性能良好。与Ni12P5@C/GNS复合物负极材料组装成固态锂离子电池时,在100 mA g-1的电流密度下循环100周,其放电比容量为420.1 mAh g-1,表现出优异的电化学性能。
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