磷酸铁锂包覆特性研究

论文摘要

针对目前LiFePO4正极材料改性存在的包覆工艺复杂、碳包覆不均匀以及颗粒粒径偏大等问题,采用淀粉为碳源,利用其加热糊化形成稳定胶体实现对前躯体均匀包覆,碳热还原法制备得到微细LiFePO4/C复合材料。利用程控恒流充放电测试系统,结合XRD、SEM、TEM、TG-DTA等表征手段,研究了焙烧温度和焙烧时间等合成工艺参数对材料的结构、形貌和电化学性能的影响,进一步通过正交实验确定了最佳的合成工艺条件。并且研究了采用复合碳源碳热还原法合成高性能的LiFePO4/C复合材料。实验发现,以淀粉为碳源合成的LiFePO4/C复合材料不仅具有微细类球形颗粒形貌,一次粒径为500nm左右,而且网络丝状的导电碳均匀包覆于颗粒表面。相对于传统固相包覆工艺,不仅减小了颗粒粒径,而且有效地减小极化,提高了LiFePO4的电化学性能。通过正交实验确定的最佳合成工艺条件为:焙烧温度:750℃,焙烧时间:4h,掺碳量:FePO4∶Li2CO3∶C= 2∶1.02∶1。以最佳工艺合成的LiFePO4/C复合材料结晶良好,具有高的电导率,为5.12×10-2S/m和振实密度（1.25g/cm3）。同时材料表现出优良的电化学性能,0.2C和3C下首次放电容量分别为155.8mAh/g和129.2mAh/g,3C循环100次容量保持率高达97.8%。为了实现材料颗粒表面具有致密均匀的全面导电碳体系,进一步来提高LiFePO4/C复合材料的导电率。以淀粉和PEG作为复合碳源碳热还原法合成LiFePO4/C复合材料。实验发现,合成材料颗粒微细呈类球形,粒径仅为400nm,不仅致密的导电碳均匀包覆于颗粒表面,而且颗粒之间充满了网络丝状的碳,这种全面的导电体系有效地提高了材料颗粒表面和之间的电导率,高达2.38×10-1S/cm。经过放电测试,所制备的样品表现出优良的电化学性能,0.2C和1C放电容量分别为156.8mAh/g、140.8mAh/g。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池概述
• 1.2.1 锂离子电池的研究进展
• 1.2.2 锂离子电池的结构和基本原理
• 4 正极材料的研究进展'>1.3 锂离子电池LiFeP0₄正极材料的研究进展
• 4 的研究背景'>1.3.1 LiFeP0₄的研究背景
• 4 的基本结构'>1.3.2 LiFeP0₄的基本结构
• 4 的充放电原理和电化学性能'>1.3.3 LiFeP0₄的充放电原理和电化学性能
• 4 的改性研究'>1.3.4 LiFeP0₄的改性研究
• 1.4 选题依据与研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品和仪器
• 2.2 实验
• 4 前躯体的制备'>2.2.1 FeP0₄前躯体的制备
• 4/C 复合材料的制备'>2.2.2 LiFeP0₄/C 复合材料的制备
• 2.2.3 材料的表征与检测
• 4/C 复合材料'>第三章 以淀粉为包覆剂碳热还原法合成LiFeP0₄/C 复合材料
• 3.1 引言
• 4/C 复合材料特性研究'>3.2 淀粉包覆合成LiFeP0₄/C 复合材料特性研究
• 3.2.1 淀粉包覆剂的应用特性
• 4/C 复合材料的制备及表征'>3.2.2 淀粉包覆LiFeP0₄/C 复合材料的制备及表征
• 4/C 复合材料工艺优化设计'>3.3 淀粉包覆合成LiFeP0₄/C 复合材料工艺优化设计
• 3.3.1 单因素实验
• 3.3.2 正交实验
• 3.4 本章小结
• 4/C 复合材料'>第四章 以淀粉和PEG 为复合碳源合成LiFeP0₄/C 复合材料
• 4.1 引言
• 4/C 复合材料性能的影响'>4.2 复合碳源对LiFeP0₄/C 复合材料性能的影响
• 4 包覆改性的研究基础'>4.2.1 采用复合碳源对LiFeP0₄包覆改性的研究基础
• 4/C 复合材料的合成'>4.2.2 LiFeP0₄/C 复合材料的合成
• 4/C 复合材料的表征分析'>4.2.3 复合碳源合成的LiFeP0₄/C 复合材料的表征分析
• 4.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢