固液相法制备LiFePO4正极材料及其电化学性能研究

论文摘要

橄榄石型LiFePO4因其价廉、无毒、环境友好、安全性高等优点被认为是有望取代昂贵、有毒的LiCoO2成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但低的电子导电率和离子扩散速率限制着LiFePO4的大电流充放电性能,制约着LiFePO4的实际应用,同时规模化制备工艺也是制约LiFePO4工业化的一个因素。本文分别以亚硫酸铵、乙二醇为还原剂,三价铁源FePO4为原料,通过固液相反应成功制备了LiFePO4/C,并对其进行了物理表征和电化学性能测试。以亚硫酸铵为还原剂制备LiFePO4,通过工艺优化确定了最佳的工艺条件;通过XRD、SEM、TEM分析表明合成的材料具有完好的橄榄石结构,颗粒粒径范围100-300nm,颗粒由碳部分包覆;通过交流阻抗分析计算出了合成的LiFePO4的锂离子扩散系数数量级为～10-9cm2s-1。LiFePO4规整的晶体结构、良好的颗粒表面形貌和微观结构、较高的锂离子扩散系数都使得合成的材料具有较好的电化学性能。以亚硫酸铵为还原剂合成的LiFePO4/C材料1C、5C、10C倍率的放电容量分别为153mAh g-1、138mAh g-1、122mAh g-1。合成的材料同样具有较好的高倍率充电性能,如果采用5C倍率恒流充电加4.2V恒压充电,则其5C倍率放电容量达到134 mAh g-1。LiFePO4/C不仅具有较好的高倍率充放电性能,同时保持了较好的循环稳定性,50次

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池的原理
• 1.3 锂离子电池的正极材料
• 1.3.1 过渡金属氧化物
• 1.3.2 聚阴离子型化合物
• 4的研究进展'>1.4 橄榄石型正极材料LiFePO₄的研究进展
• 4的结构及电化学反应机理'>1.4.1 LiFePO₄的结构及电化学反应机理
• 4的制备方法'>1.4.2 LiFePO₄的制备方法
• 4存在的问题及改进方法'>1.4.3 LiFePO₄存在的问题及改进方法
• 1.5 论文选题依据和主要研究内容
• 第二章 实验仪器和实验方法
• 2.1 材料表征
• 2.1.1 物相分析
• 2.1.2 形貌分析
• 2.1.3 微观结构分析
• 2.1.4 元素含量分析
• 2.1.5 热重-差热分析
• 2.2 电化学性能测试
• 2.2.1 模拟电池组装
• 2.2.2 充放电测试
• 2.2.3 循环伏安测试
• 2.2.4 交流阻抗（EIS）测试
• 4'>第三章 以亚硫酸铵为还原剂固液相法制备LiFePO₄
• 4/C复合材料合成工艺'>3.1 LiFePO₄/C复合材料合成工艺
• 3.2 材料表征
• 3.2.1 元素成分分析
• 3.2.2 热重-差热分析（TG-DTA）
• 3.2.3 XRD 分析
• 3.2.4 形貌、微观结构以及粒度分布分析
• 3.3 各工艺参数对材料性能的影响
• 3.3.1 热处理温度的影响
• 3.3.2 热处理时间的影响
• 3.3.3 保护气氛的影响
• 3.3.4 不同锂源的影响
• 3.4 本章小节
• 4正极材料的动力学性能研究'>第四章 LiFePO₄正极材料的动力学性能研究
• 4.1 循环伏安测试
• 4.2 高倍率放电性能
• 4.3 高倍率充电性能
• 4.4 交流阻抗测试
• 4.5 本章小节
• 4的初步研究'>第五章 以乙二醇为还原剂固液相法制备LiFePO₄的初步研究
• 5.1 材料制备
• 5.2 物相、形貌分析
• 5.3 电化学性能研究
• 5.4 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文