《磷/碳複合材料的構築和電化學性能》是依託南開大學，由王永龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磷/碳複合材料的構築和電化學性能
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王永龍
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
當前鋰離子正極材料多為單電子或少於單電子的反應而導致較小的比容量，且限制了比容量的進一步提高。本項目擬以具有3電子反應特徵分子式量低的紅磷（理論容量為2596 mAh/g）為研究對象，採用基於多級孔分布的高導電性、高比表面積的碳材料負載方法，探索該磷-碳複合電極材料的製備及相關電化學性能，包括測定該複合材料的孔隙結構、磷-碳界面作用和磷在微孔的存在狀態與形式等結構信息，確定其孔隙結構與容量、庫侖效率、循環穩定性及電化學反應機制的關係。通過多孔碳微孔內的高效薄層負載，既可提高該複合材料的導電性，又可提高活性物質磷的利用率，同時還可利用介孔對電解液的儲液作用增加電極浸潤性。以期實現複合材料的高比容量特徵和循環穩定性的目標。項目的研究成果可以為鋰磷二次電池體系研究提供科學依據，對於未來新型高比容量電池材料的研製提供可靠的理論基礎，具有重要的科學意義和潛在的套用前景。
結題摘要
該項目的主要研究目標在於探索活性物質紅磷/碳複合電極材料的製備及相關的電化學性能。經過三年的研究，取得了較為重要的研究進展，順利完成了研究目標。到目前為止，已經發表 SCI 收錄論文 6 篇（分別發表在J. Mater. Chem. A, Electrochem. Commun., Electrochim. Acta, Solid State Electrochem., Solid State Ionics）公開階段專利 1 項（CN201110147502.3）。除此之外，還有3篇標註的SCI論文在審稿過程中。該項研究取得的進展和獲得的成果可以概括為以下幾個方面： （1）系統地研究了行星高速球磨製備磷/碳複合材料及電化學性能。研究結果表明，球磨法製備的磷碳複合材料表現了較高的首周放電容量，但首周不可逆容量高，容量衰減迅速。主要有兩方面原因：行星球磨比之高速振盪球磨能量較低，不能使紅磷和碳在納米尺度上較好分散，微米尺度的分散度不利於長期循環過程中紅磷活性的保持；相比於氣相吸附法，行星式球磨破壞了多孔碳材料的孔道結構，無法實現多孔結構對紅磷尺寸的限制作用，簡單的機械混合併不能有效利用導電碳基底的多孔結構。 （2） 探索了電解液對紅磷/碳複合材料的電極性能的影響，最終優選了1M LiPF6的EC（碳酸乙烯酯）/EMC（乙基甲基碳酸酯） /DMC（二甲基碳酸酯）(v/v 1:1:1)的酯類電解液。（3）利用氣相吸附法製備了紅磷/導電炭黑(BP2000)和紅磷/活性炭(AC)兩種複合材料。兩種磷/碳複合材料均表現了可逆的鋰化和去鋰化行為。紅磷/活性炭複合材料表現了良好的首周庫侖效率（82.5%），實際循環容量（1833 mAh g-1）接近理論容量以及較好的循環穩定性。其優秀的電化學性能，合適的充放電平台而帶來的良好安全性，以及低廉的成本表明紅磷是一種有潛力的鋰離子電池負極材料。以氣相吸附法製備的紅磷/碳複合材料，利用了碳豐富的孔結構控制紅磷的尺寸分布，有效解決了紅磷不導電屬性造成活性物質利用率低的問題，是製備高效紅磷複合材料的有效途徑之一。這些結果為實現以紅磷/碳複合材料作為鋰離子負極材料奠定了基礎。
