石墨烯/碳纳米管导电浆料对高镍三元正极材料电化学性能的影响

作     者：刘雷斌 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓凌峰

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：石墨烯 碳纳米管 导电浆料 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 电化学性能 

摘      要：随着电动汽车和便携式电子设备的需求不断增加,高能量密度的锂离子电池技术受到了广泛关注。高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NMC811)因其较高的理论比容量和相对较低的成本而成为研究热点。然而,NMC811的应用受到其在循环稳定性和倍率性能方面的限制,主要是因为Ni2+和Li+的混排以及较低的Co、Mn含量。本研究通过石墨烯导电浆料、碳纳米管导电浆料及其复合导电浆料的制备与应用,探讨这些导电浆料对NMC811电化学性能的影响。 具体而言,0.5%石墨烯/NMC811复合材料的首次充放电比容量达到了 227.31 mAh/g和212.86 mAh/g,库伦效率为93.64%,相比之下,普通的NMC811的首次充放电比容量为210.52 mAh/g和189.59 mAh/g,库伦效率为90.06%。在0.1C倍率下循环100次之后,石墨烯复合材料的容量保持率高达98.2%。 碳纳米管导电浆料的引入同样促进了 NMC811电化学性能的提升,其中2%碳纳米管/NMC811复合材料首次充放电比容量为230.26 mAh/g和216.38 mAh/g,库伦效率高达93.97%,显著优于纯NMC811。 进一步地,通过将石墨烯和碳纳米管复合应用,形成的三维导电网络对NMC811的性能改善最为显著。石墨烯/碳纳米管/NMC811复合材料首次充放电比容量达到了 231.25 mAh/g和218.95 mAh/g,库伦效率高达94.68%,不仅在首次充放电性能上超越了单一导电浆料的改性效果,同时在循环稳定性和倍率性能上也展现了优异的表现。这些改进归功于石墨烯和碳纳米管的协同效应,其中三维导电网络不仅增强了电子导电性,还通过构建的网络结构有效防止了电解液对正极材料的腐蚀,为高镍三元正极材料提供了额外的结构保护。