【摘 要】
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层状富镍三元材料Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）被认为是下一代高能量密度、大功率密度锂离子动力电池极具前景的正极材料之一。然而,该材料较差的倍率性能及循环稳定性严重制约了其实际应用。利用具有高比表面、高导电率和高速载流子迁移率的纳米碳材料对锂离子电池的电极材料进行改性,将为电极材料提供快速的电子和离子传输通道,极大提升电极材料的电化学性能。本论文通过将单元、多元商品化纳米碳
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层状富镍三元材料Li Ni0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）被认为是下一代高能量密度、大功率密度锂离子动力电池极具前景的正极材料之一。然而,该材料较差的倍率性能及循环稳定性严重制约了其实际应用。利用具有高比表面、高导电率和高速载流子迁移率的纳米碳材料对锂离子电池的电极材料进行改性,将为电极材料提供快速的电子和离子传输通道,极大提升电极材料的电化学性能。本论文通过将单元、多元商品化纳米碳材料（2维-石墨烯（GN）、1维-碳纳米管（CNT））以及传统导电剂导电炭黑（Super P）、导电石墨（KS-6）与商品化NCM811正极材料进行复合,制备具备高倍率、高循环稳定性的三维复合电极材料。结合倍率性能测试、循环性能测试、循环伏安测试（CV）、交流阻抗测试（EIS）等电化学测试方法分析复合电极的电化学性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸脱附测试（BET）分析三维复合电极的表面形貌、微观结构、比表面积和孔径分布,探究电极制备工艺、纳米碳材料配比等因素对复合电极电化学性能和理化性质的影响:1.通过将石墨烯、碳纳米管分别作为导电添加剂与NCM811正极材料进行复合,均能够显著地提高NCM811电极的导电性,并有效地改善电极的倍率性能和循环性能;在单一纳米碳材料应用研究的基础上,将石墨烯和碳纳米管共同作为导电添加剂与NCM811正极材料复合应用时,能够进一步改善电极的倍率性能和循环性能;2.采用石墨烯作为导电添加剂,通过调控其在复合电极材料中比例,制备得到了NCM811/GN复合电极,实验表明在复合电极材料中引入占比仅为0.05 wt.%的石墨烯即可改善复合材料内部导电网络结构,降低电池内部的阻抗,将电池的1 C倍率下的容量保持率由21.56%提升至87.03%,在1/3 C的电流密度下经过50次循环后容量保持率由31.36%提升至70.10%;3.采用碳纳米管作为导电添加剂,通过调控其在复合电极材料中比例,制备得到了NCM811/CNT复合电极,实验表明在复合电极材料中引入占比为0.1 wt.%的碳纳米管即可改善复合材料内部导电网络结构,降低电池内部的阻抗,将电池的1 C倍率下的容量保持率由21.56%提升至86.60%,在1/3 C的电流密度下经过50次循环后容量保持率由31.36%提升至68.57%;4.通过调控纳米碳材料比例、优化复合电极的制备工艺,制得NCM811/GN/CNT三维复合电极,在电极内部构筑了点-点接触、点-线接触和点-面接触的高效三维连续导电网络,发挥出不同维度导电剂的协同效应,形成了电子和离子快速传输的三维通道,所组装电池在1 C电流密度倍率测试的容量保持率达到了91.49%（而常规电极此时的容量保持率仅为21.56%）,在1/3 C的电流密度下经过50次循环后的容量保持率高达92.37%（而常规电极此时的容量保持率仅为31.36%）,显示出优异的倍率充放电性能和循环稳定性能。
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