纳米磷酸铁锂的制备与改性

论文摘要

橄榄石型LiFePO4因工作电压高、理论比容量高、价格低廉、对环境友好、循环性能优良、安全性能突出等优点而被认为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO4因电子电导率极低而造成可逆容量低,大电流充放电性能差。针对这种情况,人们尝试采取减小材料颗粒尺寸,添加导电剂,掺杂金属离子等措施来改善LiFePO4的性能,目前取得了一定的进展。本论文中采用水热法制备LiFePO4正极材料,系统地研究了合成工艺条件对LiFePO4性能的影响。在优化条件的基础上,对LiFePO4进行改性。实验通过TG-DTA分析材料的热稳定性,使用XRD、SEM对材料的结构与形貌进行表征,利用恒流充放电测试、循环伏安法、阻抗分析法检测材料的电化学性能。研究表明:采用水热法能合成出纯相LiFePO4,在180℃、18h时有低的错位率、良好的结晶性、合适的粒径尺寸,并有最佳的电化学性能,初始放电比容量达到142mAh/g。在原料中添加还原剂如抗坏血酸能有效防止杂质的生成,升温方式也会对产物性能产生影响。包覆碳能有效地提高LiFePO4的电化学性能。其中,包覆3%的碳最能改善其性能,在0.2C倍率下,放电比容量能达到142 mAh/g,50次循环后仅衰减0.7%。不同包覆碳的方式也会对LiFePO4性能有影响。研究表明,研磨混合掺碳的方式能得到性能最佳的LiFePO4。包覆银也能改善LiFePO4的电化学性能。包覆了1%Ag的样品有最高的充放电比容量和最佳的循环性能,初始放电容量为133 mAh/g,25个循环后的容量衰减率为19.5%。在水热过程中掺锰离子也会对LiFePO4性能产生影响。其中,掺5%的锰最能改善LiFePO4的充放电比容量和循环性能,初始放电比容量达到132mAh/g,比纯的LiFePO4提高了10%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.3 锂离子电池的特点和应用
• 1.4 锂离子电池正极材料
• 4 正极材料的研究现状'>1.5 LiFePO₄正极材料的研究现状
• 1.6 选题依据和主要研究内容
• 2 实验方法与仪器
• 2.1 材料合成
• 2.2 材料表征
• 2.3 材料的电化学性能测试
• 4 的研究'>3 水热法合成LiFeP0₄的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料的制备
• 3.3 合成温度的选择
• 3.4 合成时间的选择
• 4 合成的影响'>3.5 抗坏血酸对LiFeP0₄合成的影响
• 3.6 升温方式的影响
• 3.7 加料顺序的影响
• 4 的化学反应机理'>3.8 水热法合成LiFeP0₄的化学反应机理
• 4 的表征和性能'>3.9 优化条件下合成的LiFeP0₄的表征和性能
• 3.9 本章小结
• 4 的掺杂改性研究'>4 LiFeP0₄的掺杂改性研究
• 4.1 引言
• 4 的改性'>4.2 掺碳对LiFeP0₄的改性
• 4 的改性'>4.3 不同掺碳方式对LiFeP0₄的改性
• 4 的改性'>4.4 掺银对LiFeP0₄的改性
• 4 的改性'>4.5 掺锰对LiFeP0₄的改性
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间完成的论文