论文摘要
以自制的FePO4、氢氧化锂和葡萄糖为原料，采用碳热还原法合成LiFePO4／C复合正极材料。初步研究了碳热还原反应的机理，考察了合成工艺条件对材料结构及电化学性能的影响，并研究了其电极过程动力学。主要内容如下：采用热重—差热（TG-DTA）、元素分析（EA）、红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等技术研究了碳热还原反应的机理，分析了焙烧温度对产物组成的影响。研究发现，250℃前生成还原所需碳，300℃左右反应物不历经中间相而一步生成LiFePO4。300～500℃下样品中都存在着杂相Li3PO4和三价铁，600℃下得到不含杂质的LiFePO4。系统研究了碳热还原法制备LiFePO4／C时，焙烧温度、焙烧时间、碳源及产物中碳含量等因素对材料结构、形貌、导电率、振实密度及电化学性能的影响。结果表明，最佳的工艺条件为：以葡萄糖为碳源，原料混合物先以250r·min-1球磨2h，然后在600℃下焙烧24h，产物中碳含量为8.31％。样品以0.1C电流充放电，首次充放电比容量分别为152.5、151.8mAh·g-1，充放电效率接近100％；在连续以0.1C、0.5C、1C分别循环30、40、50次中，首次放电比容量分别为151.8、135.5、125.7mAh·g-1，平均每个循环容量衰减分别为0.17‰、0.32‰、0.38‰。采用循环伏安（CV）、电位阶跃计时电流法（PSCA）、电化学阻抗谱（EIS）等技术研究了LiFePO4／C的电极过程动力学。循环伏安研究表明，电极具有较好的脱、嵌锂可逆性，氧化、还原过程中Li+的固相平均扩散系数（D0）分别为4.753×1012、5.889×10-12cm2·S-1。由PSCA计算出Li+的固相扩散系数值在2.65×10-13～9.84×10-11cm2·S-1之间，并且在电位平台附近（3.45V）下有一个最小值2.65×10-13cm2·S-1。电化学阻抗技术研究表明，LiFePO4／C电极的表面膜电阻Rf随着充电先略有增加，在3.4V下有最大值，然后又下降至稳定值；正极表面膜电容值Cf随着上升先减小后增大，最小值在3.4V下出现。RLi、CLi随电位变化也有相似的变化规律。LiFePO4／C的电荷转移电阻Rct在3.4V处有一个最小值。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 锂离子电池的简介1.2.1 锂离子电池的发展1.2.2 锂离子电池的特点1.2.3 锂离子电池的组成1.2.4 锂离子电池的工作原理1.3 锂离子电池正极材料的研究进展1.3.1 锂离子电池对正极材料的要求1.3.2 钴系正极材料1.3.3 镍系正极材料1.3.4 锰系正极材料1.3.5 钒系正极材料1.3.6 铁系正极材料4的研究进展'>1.4 LiFePO4的研究进展4的结构特征'>1.4.1 LiFePO4的结构特征4的电化学性能'>1.4.2 LiFePO4的电化学性能4的制备方法'>1.4.3 LiFePO4的制备方法4存在的问题'>1.4.4 LiFePO4存在的问题4的改性研究'>1.4.5 LiFePO4的改性研究1.5 本论文的研究内容、创新和意义1.5.1 文本的研究内容1.5.2 创新之处1.5.3 研究意义4的制备及碳热还原反应的研究'>第二章 前驱体FePO4的制备及碳热还原反应的研究2.1 引言2.2 实验部分2.2.1 实验试剂2.2.2 实验仪器2.2.3 工艺流程2.2.4 样品的测试2.3 结果和讨论4·xH2O形貌的影响'>2.3.1 阴离子对前驱体FePO4·xH2O形貌的影响4的结构表征'>2.3.2 FePO4的结构表征2.3.3 TG-DTA分析2.3.4 不同温度下碳热还原反应分析2.4 本章小结第三章 碳热还原法的合成工艺研究3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 实验试剂3.2.2 实验仪器3.2.3 样品的测试3.2.4 模拟电池的组装3.2.5 电化学性能测试3.3 结果与讨论3.3.1 焙烧温度对材料结构和电化学性能的影响3.3.2 焙烧时间对材料结构和电化学性能的影响3.3.3 碳源对样品电化学性能的影响3.3.4 碳含量对样品性能的影响3.3.5 其它因素对样品电化学性能的影响3.3.6 最佳条件下制备样品的性能3.4 本章小结4/C的电极过程动力学研究'>第四章 LiFePO4/C的电极过程动力学研究4.1 前言4.2 实验部分4.2.1 实验试剂4.2.2 实验仪器4.2.3 模拟电池的组装4.2.4 循环伏安测试4.2.5 电位阶跃计时电流法4.2.6 交流阻抗测试4.3 结果和讨论4.3.1 循环伏安分析4.3.3 电位阶跃计时电流分析4.3.3 交流阻抗分析4.4 本章小结第五章 结论与展望参考文献致谢硕士期间主要研究成果
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