正极材料LiFePO4/C制备及性能研究

论文摘要

磷酸铁锂（LiFePO4）因其具有高的理论比容量（170mAh/g）,约为3.5V的电压,较好的常温和高温稳定性,低廉的成本和优良的环保性能,成为新一代动力锂离子电池最有前途的正极材料。然而由于晶体结构的固有限制,LiFePO4具有较低的离子及电子扩散速率,这己成为限制其应用的最大障碍。本文针对磷酸铁锂自身缺点,采取添加碳源的方式进行改性研究,在不同原料体系下添加单一碳源及双组分碳源,探讨碳源与磷酸铁锂构成复合材料的制备及性能。利用XRD、SEM、TG-DSC及充放电测试等方法测试表征材料的结构与性能。研究结果表明,采用碳热还原法合成的双碳源样品电性能有明显提升,在大电流下材料的电性能优于二价铁盐体系样品,双组分碳源的掺入,提高材料的电性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 锂离子电池发展概述
• 1.2.1 锂离子电池发展简史
• 1.2.2 锂离子电池特点
• 1.2.3 锂离子电池的充放电模型
• 1.3 锂离子电池正极材料概述
• 1.3.1 锂离子电池正极材料的选择
• 1.3.2 钴（镍）系正极材料
• 1.3.3 锰系正极材料
• 1.3.4 钒系正极材料
• 1.3.5 铁系正极材料
• 1.4 铁系正极材料
• 1.4.1 磷酸铁锂的结构
• 1.4.2 磷酸铁锂的制备方法
• 1.4.3 磷酸铁锂的充放电机理
• 1.4.4 磷酸铁锂的锂嵌脱过程
• 1.4.5 首次充放电的容量损失
• 1.5 磷酸铁锂的改性研究进展
• 1.5.1 提高电子电导率
• 1.5.2 提高振实密度
• 1.6 课题的研究内容和意义
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验主要原料
• 2.2 实验仪器设备
• 2.3 材料的合成方法
• 2.3.1 高温固相法合成样品
• 2.3.2 固相反应机理
• 2.3.3 电池的组装
• 2.4 材料的测试与表征
• 2.4.1 扫描电子显微镜形貌分析
• 2.4.2 粉末X 射线衍射分析
• 2.4.3 热分析
• 2.4.4 充放电性能测试
• 4/C 的工艺研究'>3 正磷酸铁合成LiFePO₄/C 的工艺研究
• 3.1 原料的热分析
• 3.2 烧结温度的影响
• 3.2.1 材料的XRD 分析
• 3.2.2 材料的SEM 分析
• 3.2.3 材料的电性能分析
• 3.3 保温时间的影响
• 3.3.1 材料的XRD 分析
• 3.3.2 材料的SEM 分析
• 3.3.3 材料的电性能分析
• 3.4 不同种类碳源的影响
• 3.4.1 乙炔黑为碳源原料的热分析
• 3.4.2 XRD 及SEM 分析
• 3.4.3 电性能分析
• 3.4.4 分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 4/C'>4 以草酸亚铁为铁源合成LiFePO₄/C
• 4.1 烧结工艺
• 4.2 碳源的选择
• 4.2.1 材料的XRD 分析
• 4.2.2 材料的SEM 分析
• 4.2.3 电化学性能分析
• 4.2.4 结果与讨论
• 4.3 碳源的掺入量
• 4.3.1 材料的XRD 分析
• 4.3.2 材料的SEM 分析
• 4.3.3 材料的电性能分析
• 4.3.4 结果与讨论
• 4.4 双碳源复合掺杂
• 4.4.1 材料的XRD 分析
• 4.4.2 材料的SEM 分析
• 4.4.3 材料的电性能分析
• 4.4.4 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表的学术论文