碳納米管用于鋰離子電池負(fù)極材料

1、本文由plionbattery 貢獻pdf文檔可能在WAP 端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT ，或下載源文件到本機查看。 第 36 卷 1 期 第 2006 年 月 2電 池 BA T TER Y IMON THL Y B碳納米管用于鋰離子電池負(fù)極材料張萬紅1 ,方 1 ,岳 2 ,于作龍2 ,3 亮 敏有限公司 ,廣東 深圳 518055 ; 1 中國科學(xué)院成都有機化學(xué)研究所 ,四川 成都 3 610041( 11 西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 ,陜西 西安 710049 ; 1 深圳市貝特瑞電子材料 2摘要 : 采用碳納米管 ( CN Ts 作為鋰離子電池負(fù)極材料的添加劑 ,測試了負(fù)

2、極材料的電化學(xué)性能 。結(jié)果表明 : 添加 2 % ( 質(zhì)量 比 的 CN Ts ,使負(fù)極材料的首次充 、 放電容量分別提高 2914 mAh/ g 和 4511 mAh/ g , 經(jīng) 20 次循環(huán) ,容量未見衰減 。這是由 于 CN Ts 具有較大的比表面積和較高的儲鋰能力 。 關(guān)鍵詞 : 鋰離子電池 ; 負(fù)極材料 ; 碳納米管 ; 電化學(xué)性能 中圖分類號 : TM91219 文獻標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1001 - 1579 ( 2006 01 - 0050 - 02area and high lit hium intercalation capacity of CN Ts11 + 2目前

3、鋰離子電池生產(chǎn)中廣泛采用的負(fù)極材料是石墨類碳 材料間距使 Li 更容易嵌脫 ,管狀結(jié)構(gòu)在反復(fù)充放電過程中不會崩 塌 ,有利于提高電池的充放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性 , 缺點是首次 充放電效率較低,使 CN Ts 直接作為鋰離子電池負(fù)極材料 ,在應(yīng)用中受到限制 。材料 ,考察了電池的性能 。1 實驗多級粉碎 、 整形分級后得到 。炭黑為 Super2P ( 瑞士產(chǎn) 。添加劑 碳納米管為多壁 CN Ts ( 深圳產(chǎn) ,主要性能指標(biāo)見表 1 。 電化學(xué)性能測試采用雙電極實驗電池 ,制備方法為 : 將負(fù) 作者簡介 :anode was evaluated1 The results showed t hat

4、t he initial charge and discharge capacities of anode wit h 2 % ( wt % CN Ts increased by 2914 mAh/ g and 4511 mAh/ g , respectively1 The capacities did not decrease after 20 cycles , due to t he large specific surfaceAbstract :The electrochemical performance of t he anode materials as carbon nanotu

5、bes ( CN TS used as additive for Li2ion battery。碳納米管 ( CN Ts 具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu) ,較大的層31 Chengdu Instit ute of O rganic Chem ist ry , Chi nese A cadem y of Sciences , Chengdu , S ichuan 610041 , Chi naAppl ication of carbon nanotubes as anode materials f or Li2ion battery( 11 School of M aterial Science &am

6、p; Engi neeri ng , Xi Jiaotong U niversity , Xi , S haanxi 710049 , Chi na ; an anZHAN G Wan2hong1 ,FAN G Liang1 , YU E Min2 , YU Zuo2long2 ,321 B T R Energy M aterials Co1 , L t d 1 , S henz hen , Guangdong 518055 , Chi na ;管徑/ nm表1 實驗用 CN Ts 的典型性能指標(biāo)長度/mTable 1 Typical parameters of CN Ts for exper

7、imental純度/ %比表面積/ m2? - 1 g 96非晶碳含量/ %<360100515> 95極活性物質(zhì)與水基粘結(jié)劑丁苯橡膠乳 ( SBR 和添加劑羧甲基纖 維素 ( CMC 混合制漿 , 涂于 15 m 厚的銅箔上 , 在 100 下真 空干燥 24 h 后 ,輥壓成厚度約 65 m 的電極 。使用沖孔機打出 圓形電極片 ,以金屬鋰片作為對電極 ,1 mol/ L LiPF6 / EC + DMC + EMC ( 1 ,質(zhì)量比 為電解液 ,Celgard 2400 為隔膜 ,在充滿 1 1氬氣的手套箱里組裝實驗電池 。電化學(xué)性能測試采用 DC25C 電池性能測試儀 (

8、上海產(chǎn) , 對電池進行恒流充放電實驗 ,電流密 度為 015 mA/ cm2 , 電壓范圍為 21000 01001 V , 數(shù)據(jù)由計算機 采集 ,充放電溫度為室溫 。Vol136 , No11 Feb1 ,2006灰分/ % < 012第1期張萬紅 ,等 : 碳納米管用于鋰離子電池負(fù)極材料512 結(jié)果與討論表 2 列出了不同 CN Ts 與導(dǎo)電劑炭黑的含量 ( 質(zhì)量比 對負(fù) 極材料充放電性能的影響 。 表2 不同含量 CN Ts 負(fù)極材料的電化學(xué)性能Table 2 Electrochemical performance of anode materials wit h dif2 fer

9、ent amounts of CN Ts首次/ mAh? - 1 g CN Ts 炭黑 / % / % 0 1 2 3 3 2 1 0第2次 / mAh? - 1 g第3次 / mAh? - 1 g第 20 次 / mAh? - 1 g1 、 2 分別是添加 CN Ts 前 、 圖 圖 后的首次充放電曲線及不同 CN Ts 含量的負(fù)極材料的首次充 、 放電容量和效率 。圖1 不添加和添加 2 %CN Ts 的負(fù)極材料的首次充放電曲線 ( 局部圖and wit h 2 % CN Ts (part 放電容 量 提 高 , 添 加 量 達 到 2 % 后 , 容 量 又 有 所 降 低 。添 加 C

10、N Ts 后 ,首次循環(huán)的庫侖效率稍有降低 。添加 CN Ts 有一個最佳值 ,本實驗為 2 % ,這時 ,負(fù)極材料的首次充 、 放電容量分別提高了 2914 mAh/ g 和 4511 mAh/ g 。20 次循環(huán)后 ,添加 2 %CN Ts 的負(fù)極材料充電容量為 36017 mAh/ g , 充放電效率為 9915 % ,Fig11 Initial charge2discharge curves of anode materials wit hout圖2 不同含量 CN Ts 負(fù)極材料的首次充放電容量和效率anode materials wit h different amounts of

11、 CN TsFig12 The initial charge2discharge capacity and efficiency of由表 2 及圖 1 可知 ,隨著 CN Ts 含量的增大 ,負(fù)極材料的充充電 38013 40410 42514 38815放電 328 14 349 16 357 18 319 16充電 35510 36613 37213 35014放電 33912 35512 36117 33612充電 354 12 363 13 369 14 347 18放電 34117 35613 36211 33815充電 354 14 362 15 362 13 347 17放電

12、34016 35711 36017 34017未添加 CN Ts 的負(fù)極材料充電容量為 34016 mAh/ g , 充放電效 率為 9611 % ,CN Ts 使負(fù)極材料電化學(xué)性能得到提高 。 揮其有效作用 。 但庫侖效率較低 3 , 這是由于 CN Ts 獨特的開口管狀結(jié)構(gòu)可以 揮作用 ,儲鋰電位較石墨的層間儲鋰電位更高 。CN Ts 的管徑 級 ,這種特殊的結(jié)構(gòu) ,使 Li + 的嵌入深度小 , 過程短 ,Li + 不但嵌 溶劑化 Li + 嵌入引起石墨層剝離 ,造成負(fù)極材料損壞 。CN Ts 摻 雜到石墨的縫隙中 ,起到橋梁作用 , 增強了材料的導(dǎo)電性 , 減輕 了電極的極化 , 避免

13、了石墨在充放電過程中產(chǎn)生的 “孤島效 材料的首次充電容量和放電容量均增加 , 而首次庫侖效率下 降 。CN Ts 表面活性較高 ,制備電極時不易分散 ,在添加量加大 降低 ,這是因為 CN Ts 加入量過大 ,相互纏繞 ,不易分散 ,未能發(fā)CN Ts 具有較高的儲鋰容量 , 首次放電容量達 654 mAh/ g ,儲鋰 ,CN Ts 的碳網(wǎng)具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu) , 可以層間儲鋰 , 其層間距 ( d002 為 01348 nm ,較石墨的層間距 ( 01335 nm 更大 , 更有利于 Li + 的嵌脫 4 。對比圖 1 的充放電曲線 , 可以看出添 僅為納米級尺寸 , 管與管之間相互交錯的

14、縫隙也是納米數(shù)量 入到管內(nèi)各處 ,而且可以嵌入到管間的縫隙中 5 ; 還可防止因 應(yīng)”6 。CN Ts 具有很大的比表面積 ,形成 SEI 膜消耗的 Li + 較加 CN Ts 后 ,嵌鋰電位提高 。CN Ts 的納米級空洞儲鋰機制在發(fā)多 ,首次循環(huán)效率較低 。由圖 2 可知 , 隨著添加量的增加 , 負(fù)極時表現(xiàn)得更為明顯 ,添加量增加到 3 %時 ,充放電容量反而有所3 結(jié)論碳納米管 ( CN Ts 作為添加劑與石墨形成的復(fù)合碳負(fù)極材料 ,提高了電池的充 、 放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性 , 對首次循環(huán)效率的不利影響較小 。這是由于較小的納米材料填充較大的石墨 顆粒孔隙 ,可形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) ,

15、納米材料本身有一定的可逆儲鋰容量 ,同時 ,CN Ts 的管狀結(jié)構(gòu)和大的比表面積 , 能夠吸 收和儲存電解液 , 并改善電極抵抗破壞的能力 , 提高了負(fù)極材 料的綜合電化學(xué)性能 。 參考文獻 :收稿日期 :2005 - 08 - 031994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1 WAN G Fei ( 汪飛 ,ZHAO Ming2shu ( 趙銘姝 ,SON G Xiao2ping ( 宋 3 ZHAN G Ai2li ( 張愛黎 , ZHAI Xiu2jing ( 翟秀

16、靜 , FU Yan ( 符巖 , Chinese Journal of Applied Chemistry ( 應(yīng)用化學(xué) , 2001 , 18 ( 4 : 269 - 2711 14 (12 : 31 - 321 Materials( 無機材料學(xué)報 , 2004 , 19 (1 : 244 - 2481 ( 電池 , 2004 , 34 (2 : 126 - 1281 5 TAN G Zhi2yuan ( 唐致遠 , L IU Chun2yan ( 劉春燕 1 納米碳管及其 organic Materials( 無機材料學(xué)報 , 2004 , 19 (5 :1 111 - 1 11712 ZHOU De2feng( 周德鳳 , MA Yue( 馬越 , ZHAO Yan2ling ( 趙艷玲 , 4 I Zhi2jie ( 李志杰 , L IAN G Qi ( 梁奇 , CHEN Dong2liang ( 陳棟 L 6 ZOU Han2bo ( 鄒漢波 , DON G Xin2fa ( 董新法 , L IN Wei2ming ( 林曉平 1 鋰 離 子 電 池 錫 基 負(fù) 極 材 料 的 研 究 進 展 J 1Battery Bi