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锂离子电池正极材料LiFePO4前驱体的制备及合成LiFePO4/C的性能研究

2020-12-15阅读(214)

锂离子电池正极材料LiFePO4前驱体的制备及合成LiFePO4/C的性能研究

论文摘要

橄榄石型LiFePO4作为锂离子电池正极材料因其理论容量高、平台特性好、原料丰富、价格低廉、环境友好、安全性能好等优点而受到人们的广泛关注。但是该材料倍率性能差,以及振实密度小,严重限制了LiFePO4的实际应用。本文采用均匀沉淀法和氧化沉淀转化法制备前驱体FePO4,然后合成LiFePO4/C。研究了物理性能和电化学性能的关系。采用均匀沉淀法制备LiFePO4/C前驱体磷酸铁,比较了尿素添加量、表面活性剂对FePO4结构、形貌以及LiFePO4电化学性能的影响。结果表明：未添加表面活性剂,最优情况下合成LiFePO4的首次放电比容量为141.9mAh/g,倍率性能差。添加表面活性剂PEG制备的LiFePO4/C在O.1C倍率下放电比容量为151.5mAh/g,1C倍率下的放电比容量为122.5mAh/g,振实密度达1.17cm3/g。研究了制备LiFePO4前驱体磷酸铁的新方法-氧化沉淀转化法：在pH=9.5的条件下制备纳米磷酸亚铁悬浊液,然后在pH=2的条件下将其氧化制备获得磷酸铁。结果表明：制备的磷酸铁形貌为类球形,尺寸为100nm左右。以该磷酸铁为前驱体合成的LiFePO4/C在O.1C倍率下首次放电比容量为139.8mAh/g,2C倍率下放电容量为123.2mAh/g,具有优良的倍率性能。以商业化磷酸铁为原料,研究不同碳源制备的LiFePO4/C的物理性能和电化学性能的关系。结果表明：碳含量在6%-11%之间,振实密度和倍率性能都随碳含量增加而升高。随着比表面积的增大,材料的倍率性能先升高后降低。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 锂离子电池简介
  • 1.2.1 锂离子电池工作原理
  • 1.2.2 锂离子电池正极材料发展简介
  • 4研究进展'>1.3 锂离子电池正极材料LiFePO4研究进展
  • 4的结构和工作原理'>1.3.1 LiFePO4的结构和工作原理
  • 4的合成方法'>1.3.2 LiFePO4的合成方法
  • 4材料存在的主要问题和解决途径'>1.4 目前LiFePO4材料存在的主要问题和解决途径
  • 4存在的主要问题'>1.4.1 LiFePO4存在的主要问题
  • 4振实密度的途径'>1.4.2 提高LiFePO4振实密度的途径
  • 1.4.3 提高电化学性能的途径
  • 1.5 本论文的目的和主要工作内容
  • 第二章 实验原料、仪器与性能测试
  • 2.1 实验原料
  • 2.2 实验仪器
  • 2.3 材料的表征
  • 2.3.1 差热-热重分析（DSC-TGA）
  • 2.3.2 X射线衍射（XRD）
  • 2.3.3 扫描电镜（SEM）
  • 2.3.4 振实密度的测定
  • 2.3.5 比表面积的测定
  • 2.3.6 主要化学元素分析
  • 2.4 材料的电化学性能测试
  • 2.4.1 电池的组装及测试
  • 2.4.2 循环伏安测试（CV）
  • 2.4.3 交流阻抗测试（EIS）
  • 4/C的电化学性能研究'>第三章 均匀沉淀法制备磷酸铁及合成LiFePO4/C的电化学性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验方法
  • 3.2.1 磷酸铁的制备
  • 4/C的制备'>3.2.2 LiFePO4/C的制备
  • 3.3 尿素添加量的影响
  • 3.3.1 尿素添加量对磷酸铁结构的影响
  • 3.3.2 尿素添加量对元素含量的影响
  • 4/C粒度分布和振实密度的影响'>3.3.3 尿素添加量对合成LiFePO4/C粒度分布和振实密度的影响
  • 4/C电化学性能的影响'>3.3.4 尿素添加量对合成LiFePO4/C电化学性能的影响
  • 3.4 表面活性剂的影响
  • 3.4.1 表面活性剂对磷酸铁的元素含量的影响
  • 3.4.2 表面活性剂对磷酸铁的粒度分布的影响
  • 3.4.3 表面活性剂对晶体结构的影响
  • 3.4.4 表面活性剂对形貌的影响
  • 3.4.5 表面活性剂对磷酸铁锂物理性能的影响
  • 4/C电化学性能的影响'>3.4.6 表面活性剂对LiFePO4/C电化学性能的影响
  • 3.5 本章小结
  • 4/C的电化学性能'>第四章 氧化沉淀转化法制备磷酸铁及合成LiFePO4/C的电化学性能
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验过程
  • 4·xH2O的制备'>4.2.1 FePO4·xH2O的制备
  • 4/C的制备'>4.2.2 LiFePO4/C的制备
  • 4·xH2O的制备现象与机理分析'>4.3 FePO4·xH2O的制备现象与机理分析
  • 4.4 材料的微观结构和形貌分析
  • 4.5 本章小结
  • 4/C物理性能和电化学性能的关系'>第五章 以磷酸铁为原料研究LiFePO4/C物理性能和电化学性能的关系
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验过程
  • 4·2H2O的预处理'>5.2.1 FePO4·2H2O的预处理
  • 4/C的制备'>5.2.2 LiFePO4/C的制备
  • 5.3 结果与讨论
  • 4的预处理分析'>5.3.1 FePO4的预处理分析
  • 4/C物理性能与电化学性能的关系'>5.3.2 不同碳源制备LiFePO4/C物理性能与电化学性能的关系
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在读硕士期间主要成果

    • 相关论文文献

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