碳包覆对正极材料LiFePO4性能的影响

论文摘要

橄榄石型结构的LiFePO4具有价格便宜、安全性高、结构稳定、无环境污染等优点,被认为是锂离子电池的新型正极材料。由于LiFePO4的电子导电率低,限制了其应用领域,为改善其导电性能,本论文研究了碳包覆对其性能的影响。采用二步固相法制备LiFePO4和LiFePO4/C正极材料,通过XRD、SEM对制备的正极材料进行结构、形貌表征。应用恒流充放电研究了LiFePO4和LiFePO4/C正极材料的比容量和循环性能,采用电化学阻抗谱分析LiFePO4和LiFePO4/C循环前后的电化学行为。本课题研究了高温固相法的预分解温度、焙烧温度和焙烧时间对产物性能的影响,研究表明,经450℃预分解6 h,再经700℃焙烧16 h的样品表现出相对较好的性能。以葡萄糖、月桂酸、肉桂酸、聚乙烯醇作为碳源,制备了LiFePO4/C复合正极材料并分析了外加碳源对其性能的影响。其性能的研究结果表明:碳元素的引入,并未改变LiFePO4的标准的橄榄石型晶体结构;随着碳含量的增加,材料的放电比容量、循环性能及高倍率充放电性能得到了显著改善。碳源的最佳加入量分别为:葡萄糖为30%、月桂酸为20%、肉桂酸为20%、聚乙烯醇为20%。本研究对使用各碳源合成的LiFePO4/C的晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了对比分析,结果表明:以聚乙烯醇为碳源采用固相法合成的LiFePO4/C容量相对较高,倍率性能和循环性能也较好,其在0.1 C、0.2 C和0.5 C倍率下首次放电比容量分别为146.3,115.3,104.3 mAh/g,50次循环后比容量分别为129.3,93,84.3 mAh/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 锂离子电池发展简史
• 1.3 锂离子电池的工作原理
• 1.4 锂离子电池正极材料的研究进展
• 1.4.1 锂离子电池正极材料的选择原则
• 1.4.2 锂钴氧化物
• 1.4.3 锂镍氧化物
• 1.4.4 锂锰氧化物
• 1.4.5 锂钒氧化物
• 4'>1.4.6 橄榄石型LiFePO₄
• 1.5 选题依据和主要研究内容
• 第2章 实验药品及方法
• 2.1 主要实验药品及设备
• 2.1.1 主要实验药品
• 2.1.2 主要实验设备
• 2.2 材料的制备
• 4 的工艺'>2.2.1 高温固相法合成橄榄石型LiFePO₄的工艺
• 4/C 工艺'>2.2.2 高温固相法合成碳包覆的LiFePO₄/C 工艺
• 2.3 物理性能测试
• 2.3.1 X 射线粉末衍射（XRD）分析
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）分析
• 2.4 材料的电化学测试
• 2.4.1 正极片的制备
• 2.4.2 电池的组装
• 2.4.3 放电比容量的计算
• 2.4.4 恒流充放电容量测试
• 2.4.5 电化学交流阻抗谱测试
• 第3章 结果与讨论
• 4 工艺优化'>3.1 固相法合成橄榄石型LiFePO₄工艺优化
• 4 电化学性能的影响'>3.1.1 预分解温度对LiFePO₄电化学性能的影响
• 4 电化学性能的影响'>3.1.2 高温焙烧温度对LiFePO₄电化学性能的影响
• 4 电化学性能的影响'>3.1.3 高温焙烧时间对LiFePO₄电化学性能的影响
• 4 的物相分析'>3.1.4 优化条件下的LiFePO₄的物相分析
• 4 的形貌分析'>3.1.5 优化条件下的LiFePO₄的形貌分析
• 4/C 材料性能研究'>3.2 固相法合成葡萄糖包覆的LiFePO₄/C 材料性能研究
• 4/C 的X 射线衍射分析'>3.2.1 不同葡萄糖配比合成LiFePO₄/C 的X 射线衍射分析
• 4/C 的SEM 分析'>3.2.2 不同葡萄糖配比合成LiFePO₄/C 的SEM 分析
• 4/C 的充放电性能测试'>3.2.3 不同葡萄糖配比合成LiFePO₄/C 的充放电性能测试
• 4/C 的循环性能'>3.2.4 不同葡萄糖配比合成LiFePO₄/C 的循环性能
• 4/C 材料性能研究'>3.3 固相法合成月桂酸包覆的LiFePO₄/C 材料性能研究
• 4/C 的X 射线衍射分析'>3.3.1 不同月桂酸配比合成LiFePO₄/C 的X 射线衍射分析
• 4/C 的SEM 分析'>3.3.2 不同月桂酸配比合成LiFePO₄/C 的SEM 分析
• 4/C 的充放电性能测试'>3.3.3 不同月桂酸配比合成LiFePO₄/C 的充放电性能测试
• 4/C 的循环性能'>3.3.4 不同月桂酸配比合成LiFePO₄/C 的循环性能
• 4/C 材料性能研究'>3.4 固相法合成肉桂酸包覆的LiFePO₄/C 材料性能研究
• 4/C 的X 射线衍射分析'>3.4.1 不同肉桂酸配比合成LiFePO₄/C 的X 射线衍射分析
• 4/C 的SEM 分析'>3.4.2 不同肉桂酸配比合成LiFePO₄/C 的SEM 分析
• 4/C 的充放电性能测试'>3.4.3 不同肉桂酸配比合成LiFePO₄/C 的充放电性能测试
• 4/C 的循环性能'>3.4.4 不同肉桂酸配比合成LiFePO₄/C 的循环性能
• 4/C 材料性能研究'>3.5 固相法合成聚乙烯醇包覆的LiFePO₄/C 材料性能研究
• 4/C 的X 射线衍射分析'>3.5.1 不同聚乙烯醇配比合成LiFePO₄/C 的X 射线衍射分析
• 4/C 的SEM 分析'>3.5.2 不同聚乙烯醇配比合成LiFePO₄/C 的SEM 分析
• 4/C 的充放电性能测试'>3.5.3 不同聚乙烯醇配比合成LiFePO₄/C 的充放电性能测试
• 4/C 的循环性能'>3.5.4 不同聚乙烯醇配比合成LiFePO₄/C 的循环性能
• 4/C 材料性能影响'>3.6 不同碳源对固相法合成LiFePO₄/C 材料性能影响
• 4/C 材料的X 射线衍射分析'>3.6.1 不同碳源合成LiFePO₄/C 材料的X 射线衍射分析
• 4/C 材料的SEM 分析'>3.6.2 不同碳源合成LiFePO₄/C 材料的SEM 分析
• 4/C 材料的充放电性能测试'>3.6.3 不同碳源合成LiFePO₄/C 材料的充放电性能测试
• 4/C 材料的循环性能'>3.6.4 不同碳源合成LiFePO₄/C 材料的循环性能
• 4/C 材料的交流阻抗测试'>3.6.5 不同碳源合成LiFePO₄/C 材料的交流阻抗测试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介