论文摘要
磷酸亚铁锂作为新一代锂离子电池正极材料,因其比容量高（170mAhg-1）、电压平台稳（3.4 V）、价格低廉、环保、热稳定性能好等优点,被认为是理想的锂离子电池正极材料。然而,磷酸亚铁锂电子电导率低、锂离子扩散系数小、振实密度低和大倍率性能差,限制了磷酸铁锂的大规模应用。为了解决磷酸亚铁锂的导电性问题,本论文主要通过表面碳包覆、颗粒纳米化以及形貌和晶面调控以提高磷酸亚铁锂的导电性能。主要研究工作包括以下几个方面：（1）通过水热法合成出颗粒尺寸和结构不同的球形磷酸亚铁锂,通过对不同尺寸的球形颗粒进行表面碳包覆,并考察其电化学性能的影响。研究结果表明,由纳米颗粒组成的微米球具有非常优异的电化学性能。在0.1,1,2,5和10C的倍率下,首次放电容量分别为168,152,144,130和115mAh g-1。这是由于组成微米球的纳米颗粒之间有很多的孔洞缝隙,有利于碳层的包覆以及电解液的渗透,而且组成微米球的纳米颗粒粒径很小,这种结构非常有利于缩短锂离子的扩散和电子的传输距离,导致其电化学性能优异。（2）采用溶剂热法合成出最大暴露面为（010）面和（100）面的磷酸亚铁锂,并对两种不同晶面的磷酸亚铁锂纳米片进行碳包覆和考察其电化学性能。研究结果表明,在不同倍率下,（010）面暴露的磷酸亚铁锂纳米片电化学性能均优于（100）面暴露的磷酸亚铁锂纳米片。电化学阻抗谱分析表明,磷酸亚铁锂纳米片（010）面的界面阻抗以及扩散阻抗均小于（100）面。因此,（010）面的暴露有利于锂离子的扩散与电子的传输,并改善电化学性能。（3）采用离子液体溶剂热方法合成出蝴蝶结形的分等级结构的磷酸亚铁锂,这种分等级结构是由纳米片构成的。同时发现这种纳米片的最大暴露面为（010）面。这种暴露面有利于电子的传输转移,因为其厚度为锂离子脱出/嵌入的[010]方向,可以有效的缩短锂离子的脱出/嵌入路径。本论文首次实现对分等级结构的磷酸亚铁锂进行了晶面调控,并通过控制前驱体的溶度来调节纳米片的暴露面积和厚度。进一步,基于研究的结果,探讨了这种分等级结构的形成机理。另一方面,将这种分等级结构的磷酸亚铁锂作为正极材料,研究其电化学性能并发现这种材料具有非常优异的倍率性能和循环稳定性。
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中文摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言1.2 锂离子电池简介1.2.1 锂离子电池的发展概述1.2.2 锂离子电池的工作原理1.2.3 锂离子电池的特点1.3 锂离子电池电极材料1.3.1 层状结构正极材料2正极材料'>1.3.1.1 层状LiCoO2正极材料2正极材料'>1.3.1.2 层状LiNiO2正极材料1.3.1.3 三元层状正极材料1.3.1.4 富锂层状正极材料1.3.2 尖晶石结构正极材料2O4正极材料'>1.3.2.1 LiMn2O4正极材料1.3.2.2 5V高压尖晶石结构正极材料1.3.3 橄榄型正极材料4正极材料'>1.3.3.1 LiFePO4正极材料4系列正极材料'>1.3.3.2 LiMPO4系列正极材料4正极材料的研究进展'>1.4 LiFePO4正极材料的研究进展1.5 本文的选题背景和研究内容第二章 实验2.1 实验仪器和实验试剂2.1.1 实验仪器2.1.2 实验试剂2.2 样品的合成（见相应的章节）2.3 样品的表征2.3.1 X射线粉末衍射分析（XRD）2.3.2 扫描电镜表面形貌分析（SEM）2.3.3 透射电镜分析（TEM）2.3.4 电化学性能分析2.3.4.1 循环伏安测试（CV）2.3.4.2 充放电循环测试2.3.4.3 电化学交流阻抗测试（EIS）第三章 球型磷酸亚铁锂合成及碳包覆研究3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 样品的制备3.2.2 结构与电化学性能表征3.3 结果与讨论3.3.1 X射线粉末衍射分析（XRD）3.3.2 电镜分析（SEM）3.3.3 电化学性能研究3.3.4 机理研究3.4 本章小结第四章 磷酸亚铁锂纳米片的合成及晶面调控4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 样品的制备4.2.2 结构与电化学性能表征4.3 结果与讨论4.3.1 X射线粉末衍射分析（XRD）4.3.2 电镜分析（SEM/TEM）4.3.3 电化学性能研究4.4 本章小结第五章 分等级结构磷酸亚铁锂纳米片的合成5.1 引言5.2 实验部分5.2.1 样品的制备5.2.2 结构与电化学性能表征5.3 结果与讨论5.3.1 X射线粉末衍射分析（XRD）5.3.2 电镜分析（SEM/TEM）5.3.3 形成机理研究5.3.4 电化学性能研究5.4 本章小结结论与展望结论展望参考文献致谢个人简历
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