论文题目: 磷酸铁锂正极材料的应用基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 应用化学
作者: 阮艳莉
导师: 唐致远
关键词: 锂离子电池,正极材料,磷酸铁锂,固相法,掺杂,共沉淀法,循环性能
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 磷酸铁锂（LiFePO4）作为新型锂离子电池正极材料具有高安全性、低成本、高温性能好、环境友好等优点,因而成为目前电池界竞相开发与研究的热点。本文以磷酸铁锂作为研究目标,系统地对其合成工艺、材料改性、结构表征、电化学性能以及电极动力学性能等方面进行了研究。利用TG-DSC、XRD、SEM、LSD、CV、EIS以及充放电测试等方法研究了橄榄石型LiFePO4正极材料的合成工艺。通过单因素实验及正交实验对合成过程中所用原料、焙烧温度、焙烧时间、惰性气氛流量等工艺参数进行了优化,确定了合成磷酸铁锂最佳的工艺条件。首次将TG-DTA热分析技术应用于研究LiFePO4正极材料固相合成的动力学过程。运用Doyle-Ozawa法和Kissinger法计算合成过程中各个反应阶段的表观活化能、反应级数、频率因子等动力学参数,为磷酸铁锂固相合成过程的进一步放大和研究提供了预测依据。采用不同类型的碳导电剂前驱物对LiFePO4正极材料进行表面包覆改性。实验表明,葡萄糖及甘油等有机导电剂前驱物具有较好的改性效果。考虑到适当的掺碳量对于LiFePO4正极材料容量和密度的综合优化是十分必要的,本文对葡萄糖的加入量进行了筛选。结果表明,当葡萄糖的加入量为10%时,样品具有良好的充放电动力学特性,具有较高的充放电容量及稳定的循环性能。本文对磷酸铁锂正极材料的离子掺杂改性进行了系统的研究。从产物的结构和电化学性能方面考察了掺杂离子的改性效果,并尝试从金属离子半径、价态和LiFePO4晶格内部缺陷等方面分析离子掺杂改性的机制,提出了离子选择的标准,即采用离子半径与Li+相近,但具有更高价态的金属离子进行Li位掺杂能够取得较好的改性效果。尝试对共沉淀法进行改进,利用自制的加料装置通过控制原料的滴加速度从而控制前驱物沉淀的生成速率,最终达到均匀沉淀。并成功利用该法对LiFePO4进行表面包覆改性,取得了较好的效果。测定了锂离子在LiFePO4中脱嵌的OCV曲线及微分容量曲线。运用EIS技术测定了LiFePO4正极材料中锂离子的固相扩散系数。对橄榄石型LiFePO4材料中锂离子的扩散系数随锂离子在材料中嵌入组成的变化规律进行了探讨。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池的原理及特性
1.3 锂离子电池的研究现状及发展方向
1.3.1 锂离子电池正极材料
1.3.2 锂离子电池负极材料
1.3.3 电解质材料
1.4 论文工作的主要内容和意义
第二章 LiFePO_4制备工艺条件的优化
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验仪器
2.2.3 LiFePO_4 的制备
2.2.4 实验电池的装备
2.2.5 X 射线衍射（XRD）分析
2.2.6 TG-DSC 同步热分析
2.2.7 扫描电镜（SEM）分析
2.2.8 LiFePO_4 材料颗粒粒径测试
2.2.9 充放电测试
2.2.10 交流阻抗及循环伏安测试
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 焙烧工艺的拟定
2.3.2 单因素实验分析
2.3.3 正交实验结果与讨论
2.4 本章小结
第三章 LiFePO_4固相合成的动力学研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.3 实验原理
3.3.1 Doyle-Ozawa 法
3.3.2 Kissinger 法
3.4 正极材料LiFePO_4 合成的动力学研究
3.5 本章小结
第四章 LiFePO_4的表面包覆改性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验仪器
4.2.3 LiFePO_4/C 复合正极材料的制备
4.2.4 实验电池的装备
4.2.5 X 射线衍射（XRD）分析
4.2.6 TG-DTA 同步热分析
4.2.7 扫描电镜（SEM）及X 射线能谱（EDS）分析
4.2.8 LiFePO_4 材料颗粒粒径测试
4.2.9 复合材料中碳含量的测定
4.2.10 充放电测试
4.2.11 交流阻抗及循环伏安测试
4.3 实验结果及讨论
4.3.1 无机碳材料对LiFePO_4/C 材料结构及电化学性能的影响
4.3.2 有机碳材料对LiFePO_4/C 材料结构及电化学性能的影响
4.3.3 聚合物碳材料对LiFePO_4/C 结构及电化学性能的影响
4.3.4 不同种类导电剂前驱物的比较分析
4.4 本章小结
第五章 LiFePO_4的掺杂改性研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验原料及仪器
5.2.2 Li_(1-x)MI_xFe_(1-y)MII_yPO_4(0≤x≤1，0≤y≤1)正极材料的制备
5.2.3 实验电池的装备
5.2.4 X 射线衍射（XRD）分析
5.2.5 扫描电镜（SEM）分析
5.2.6 X 射线能谱（EDS）分析
5.2.7 Li_(1-x)MI_xFe_(1-y)MII_yPO_4 材料颗粒粒径测试
5.2.8 充放电测试
5.2.9 交流阻抗及循环伏安测试
5.3 实验结果及讨论
5.3.1 Mg 离子掺杂对LiFePO_4 材料结构及电化学性能的影响
5.3.2 Al 离子掺杂对LiFePO_4 材料结构及电化学性能的影响
5.3.3 Zr 离子掺杂对LiFePO_4 材料结构及电化学性能的影响
5.3.4 Nb 离子掺杂对LiFePO_4 材料结构及电化学性能的影响
5.3.5 不同阳离子掺杂改性的比较分析
5.3.6 Mn 离子掺杂对LiFePO_4 材料结构及电化学性能的影响
5.4 本章小结
第六章 LiFePO_4的液相反应初探
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验原料
6.2.2 实验仪器
6.2.3 LiFePO_4 正极材料的制备
6.2.4 实验电池的装备
6.2.5 X 射线衍射（XRD）分析
6.2.6 扫描电镜（SEM）分析
6.2.7 X 射线能谱（EDS）分析
6.2.8 充放电测试
6.2.9 循环伏安测试
6.3 结果与讨论
6.3.1 LiFePO_4 样品的物性分析
6.3.2 LiFePO_4 液相表面包覆改性
6.4 本章小结
第七章 锂离子在LiFePO_4中的固相扩散过程
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 实验原料及样品的合成
7.2.2 样品的X 射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）分析
7.2.3 实验电池的装备
7.2.4 电极材料OCV 曲线的测定
7.2.5 电极材料微分容量曲线的测定
7.2.6 电极材料交流阻抗谱的测定
7.3 结果与讨论
7.3.1 锂离子在LiFePO_4 中的脱/嵌机理模型
7.3.2 利用EIS 技术研究电极扩散过程动力学的基本原理
7.3.3 锂离子在固相材料中扩散系数的测定
7.4 本章小结
第八章 锂钛复合氧化物的合成及电化学性能研究
8.1 引言
8.2 实验部分
8.2.1 实验原料
8.2.2 实验仪器
8.2.3 锂钛复合氧化物的制备
8.2.4 实验电池的装备
8.2.5 X 射线衍射（XRD）分析
8.2.6 扫描电镜（SEM）分析
8.2.7 Li_4Ti_5O_(12) 材料颗粒粒径测试
8.2.8 充放电测试
8.2.9 交流阻抗及循环伏安测试
8.3 实验结果及讨论
8.3.1 单因素实验分析
8.3.2 正交实验结果与讨论
8.3.3 Li_4Ti_5O_(12) 的改性研究
8.4 本章小结
第九章 结论
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
- [1].磷酸铁锂/石墨烯三维结构复合材料制备及电化学性能研究[D]. 王博.哈尔滨工业大学2015
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- [4].碳材料改善锂离子电池正极材料性能的研究[D]. 杨新河.北京理工大学2016
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