碳納米管用于鋰離子電池負極材料

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BATTERYIMONTHLYB碳納米管用于鋰離子電池負極材料張萬紅1,方1,岳2,于作龍2,3亮敏有限公司,廣東深圳518055;1中國科學院成都有機化學研究所,四 川成都3610041(11西安交通大學材料科學與工程學院,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(CNTs作為鋰離子電池負極材料的添加劑,測試了負 極材料的電化學性能。結果表明:添加2%(質(zhì)量比的CNTs,使負極材料的 首次充、放電容量分別提高2914

2、mAh/g和4511mAh/g,經(jīng)20次循環(huán),容量未 見衰減。這是由于CNTs具有較大的比表面積和較高的儲鋰能力。關鍵詞:鋰 離子電池;負極材料;碳納米管;電化學性能中圖分類號:TM91219 文獻標識碼:A文章編號:1001-1579(200601-0050-02areaandhighlithiumintercalationcapacityofCNTs11+2目前鋰離子電池生產(chǎn)中廣泛采用的負極材料是石墨類碳材料間距使Li更容易嵌脫,管狀結構在反復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CNTs直接作為鋰離子電池負極材料,在應用中受到限制。材

3、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CNTs(深圳產(chǎn),主要性能指標見表1。電化學性能測試采用雙電 極實驗電池,制備方法為:將負作者簡介:anodewasevaluated1Theresultsshowedthattheinitialchargeand dischargecapacitiesofanodewith2%(wt%CNTsincreasedby2914m Ah/gand4511mAh/g,respectively1Thecapacitiesdidnotdecreaseafte r20cycles,duetothela

4、rgespecificsurfaceAbstract:Theelectrochemicalperformanceoftheanodematerialsas carbonnanotubes(CNTSusedasadditiveforLi2ionbattery本文作者采用CNTs作為添加劑與天然石墨混合制備負極實驗采用SG18型球 形石墨樣品(深圳產(chǎn),由鱗片石墨經(jīng)張萬紅(1966-,男,河南人,西安交 通大學材料科學與工程學院博士生,研究方向:鋰離子電池負極材料,本文聯(lián)系人 ;方(1957-,男,浙江人,西安交通大學材料科學與工程學院教授,研究方 向:新材料制備與表征;亮岳(1972-,男,四川人

5、,深圳市貝特瑞電子材 料有限公司總經(jīng)理,總工程師,研究方向:鋰離子電池負極材料;敏于作龍(19 40-,男,吉林人,中國科學院成都有機化學研究所研究員,研究方向:催化化學 及功能材料。?1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHou se.Allrightsreserved.anodematerial;carbonnanotubes;electrochemicalpropertyKe ywords:Li2ionbattery;。碳納米管(CNTs具有類似石墨的層狀結構,較大的層31ChengduInstituteofOrganicChe

6、mistry,ChineseAcademyof Sciences,Chengdu,Sichuan610041,ChinaApplicationofcarbonnanotubesasanodematerialsforLi2ionbatte ry(11SchoolofMaterialScience&Engineering,XiJiaotongUniversity,Xi,Shaanxi710049,China;ananZHANGWan2hong1,FANGLiang1,YUEMin2,YUZuo2long2,321BTREnergyMaterialsCo1,Ltd1,Shenzhen,Gua

7、ngdong518 055,China;管徑/nm表1實驗用CNTs的典型性能指標長度/mTable1TypicalparametersofCNTsforexperimental純度/%比表面積/m2?-1g96非晶碳含量/%<360100515>95極活性物質(zhì)與水基粘結劑丁苯橡膠乳(SBR和添加劑羧甲基纖維素(CMC 混合制漿,涂于15m厚的銅箔上,在100下真空干燥24h后,輥壓成厚 度約65m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,1mo l/LLiPF6/EC+DMC+EMC(1,質(zhì)量比為電解液,Celgard2400為隔膜,在充滿11氬氣的手套箱里組裝實驗

8、電池。電化學性能測試采用DC25C電池性能測試儀 (上海產(chǎn),對電池進行恒流充放電實驗,電流密度為015mA/cm2,電壓范圍為2 100001001V,數(shù)據(jù)由計算機采集,充放電溫度為室溫。Vol136,No11Feb1,2006灰分/%<012第1期張萬紅,等:碳納米管用于鋰離子電池負極材料512結果與討論表2列出了不同CNTs與導電劑炭黑的含量(質(zhì)量比對負極材料充放電 性能的影響。表2不同含量CNTs負極材料的電化學性能Table2Electrochemicalperformanceofanodematerialswithdif2f erentamountsofCNTs首次/mAh?-

9、1gCNTs炭黑/%/%01233210第2次/mAh?-1g第3次/mAh?-1g第20次/mAh?-1g1、2分別是添加CNTs前、圖圖后的首次充放電曲線及不同CNTs含量的負極材料的首次充、放電容量和效率。圖1不添加和添加2%CNTs的負極材料的首次充放電曲線(局部圖andwith2%CNTs(part放電容量提高,添加量達到2%后,容量又有所降低。添加 CNTs后,首次循環(huán)的庫侖效率稍有降低。添加CNTs有一個最佳值,本實驗為2%,這時,負極材料的首次充、放電容量分別提高了2914mAh/g和4511mAh/g。20次循環(huán)后,添加2%CNTs的負極材 料充電容量為36017mAh/g,

10、充放電效率為9915%,Fig11Initialcharge2dischargecurvesofanodematerialswithout 圖2不同含量CNTs負極材料的首次充放電容量和效率anodematerialswithdifferentamountsofCNTsFig12Theinitialcharge2dischargecapacityandefficiencyof由表2及圖1可知,隨著CNTs含量的增大,負極材料的充充電38013404104251438815放電32814349163571831916充電35510366133721335014放電3391235512361173

11、3612充電35412363133691434718放電34117356133621133815充電35414362153621334717放電34016357113601734017未添加CNTs的負極材料充電容量為34016mAh/g,充放電效率為9611%,CNTs使負極材料電化學性能得到提高。揮其有效作用。但庫侖效率較低3,這是由于CNTs獨特的開口管狀結構可以揮作用,儲鋰電位較石墨的層間儲鋰 電位更高。CNTs的管徑級,這種特殊的結構,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,造成負極材料損壞。CNTs摻雜 到石墨的縫隙中,起到橋梁作用,增強了材料的

12、導電性,減輕了電極的極化,避 免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。CNTs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CNTs加入量過大,相互纏繞,不易分散,未能發(fā)CNTs具有較高的儲鋰容量,首次放電容量達654mAh/g,儲鋰,CNTs的碳網(wǎng)具有類似石墨的層狀結構,可以層間儲鋰,其層間距( d002為01348nm,較石墨的層間距(01335nm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

13、應”6。CNTs具有很大的比表面積,形成SEI膜消耗的Li+較加CNTs后,嵌鋰電位提高。CNTs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結論碳納米管(CNTs作為添加劑與石墨形成的復合碳負極材料,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?？紫?可形成 良好的導電網(wǎng)絡,納米材料本身有一定的可逆儲鋰容量,同時,CNTs的管狀結構和大的比表面積,能夠吸收和儲存電解 液,并改善電極抵抗破壞的能力,提高了負極材料的綜合電化學性能。參考文獻

14、:收稿日期:2005-08-031994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrig htsreserved.1WANGFei(汪飛,ZHAOMing2shu(趙銘姝,SONGXiao2ping(宋3ZHANGAi2li(張愛黎,ZHAIXiu2jing(翟秀靜,FUYan(符巖 ,ChineseJournalofAppliedChemistry(應用化學,2001,18(4: 269-271114(12:31-321Materials(無機材料學報,2004,19(1:2 44-2481(電池,2004,34(2:126-12815TANGZhi2yuan(唐 致遠,LIUChun2yan(劉春燕1納米碳管及其organicMaterials(無機材料 學報,2004,19(5:1111-111712ZHOUDe2feng(周德鳳,MAYue(馬越,ZHAOYan2ling(趙艷玲 ,4IZhi2jie(李志杰,LIANGQi(梁奇,CHENDong2liang (陳棟L6ZOUHan2bo(鄒漢波,DONGXin2fa(董新法,LINWei2m ing(林曉平1鋰離子電池錫基負極材