磷掺杂的多孔碳作为磷载体材料及复合物储锂性能的研究
红磷（RP）因其较高的理论比容量（2596 mAhg-1）和合适的锂化电位（～0.7 V vs Li+/Li）成为极具前景的锂离子电池负极材料。然而，RP本身较差的导电性（～10-14 S cm-1）及锂化过程中产生的体积膨胀（～300％）导致RP的利用率降低，使电池的循环稳定性较差，极大地限制了 RP的实际应用。为解决这两大问题,将RP与碳材料复合成为有效的解决方案。多孔碳材料因其独特的结构可控性及较大的比表面积等优势在诸多碳材料中脱颖而出。但其非极性的表面难以实现活性材料的高负载量，导致电池容量及应用性能受到限制。因此，调控多孔碳基体的形貌及界面性质以实现高RP负载量对提高磷/碳复合材料的电化学性能至关重要。 本论文通过简单便捷的原位合成法制备了具有磷掺杂的多孔碳（P-PC）,然后使用蒸发-冷凝法实现了 RP与P-PC的复合（所得复合物记为RP@P-PC）。磷掺杂显著提高了碳基体的界面性能，实现可达60.7 wt％的高RP负载，所掺杂的RP颗粒尺寸减小到纳米级，且分布均匀。这些特性及P-PC基体的多孔结构有效地提高了 RP@P-PC复合材料的储锂性能。在以锂箔为对电极组装的半电池中，RP@P-PC电极在0.1 Ag-1下比容量可达1848 mAh g-1,在2.0 Ag-1下经过800次循环后的比容量为1022 mAhg-1,平均每圈容量衰减率仅为0.048％。当电流密度增大至10.0 Ag-1时，RP@P-PC电极仍有1111mA h g-1的可逆容量，表现出优异的倍率性能。此外，还以LiFePO4（LFP）为正极、RP@P-PC为负极组装了全电池，LFP//RP@P-PC全电池仍表现出优异的循环稳定性，在0.5 A g-1下经过100次循环后容量保持率为80.0％。
锂离子电池;复合负极材料;红磷;多孔碳;磷掺杂;储锂性能
北京化工大学
硕士
材料与化工
耿建新;王刚
2023
中文
TM912;TM242
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）