锂离子电池正极材料LiFePO4的制备与改性

论文摘要

锂离子电池作为一种新型的蓄电池,具有高功率、能量密度大等优点,已经成为目前市场便携式电子产品的主要电源,也被认为是纯电动汽车、混合动力汽车、插电式动力汽车等理想的电源。为了满足纯电动汽车、混合动力汽车、插电式动力汽车等的市场需求,锂离子电池电极材料需具备高安全性、高能量密度、以及高循环性能等特点。在目前已知的正极材料中,橄榄石结构的磷酸铁锂LiFePO4由于其低成本、资源丰富、对环境友好、电压平台高（相对锂金属为3.4V）,并且有着高理论比容量170mAhg-1等优点,被认为是最有可能的锂离子动力电池材料之一。LiFePO4虽然有着许多优点,然而其低的电子、离子传导率直接制约其大电流性能,为了改善该缺点,人们做了许多工作,例如减小LiFePO4颗粒的粒度、在LiFeP04颗粒表面进行导电碳包覆等。本论文的第一部分工作中,结合机械纳米化、二次碳包覆、CNTs复合及喷雾干燥等工艺制备得到球形LiFePO4/C/CNTs复合材料,在球形复合材料颗粒内部,CNTs在一次颗粒之间形成理想的碳纳米管三维网络结构,和传统的碳包覆材料相比,球形LiFePO4/C/CNTs复合材料具有优异的倍率性能、循环性能、流动性以及振实密度。加3%CNTs和2%的有机碳后,LiFeP04材料表现出良好的电化学性能,在10C充放电情况下放电比容量由原来的54.1mAh/g提高到127.1mAh/g,在大倍率情况下也表现出优异的性能,50C比容量高达99.0mAh/g,10C循环近80次以后比容量没有衰减。在本论文第二部分研究工作中,采用水热法合成了球形LiFePO4,并在惰性气氛中热处理以提高材料的结晶度,并加入有机碳源进行碳包覆,当有机碳源的添加量为15%、热处理温度为650℃、热处理时间6h时,得到的LiFePO4有良好的电化学性能,0.1C放电比容量137.2mAh/g,5C放电比容量96.7mAh/g,在循环80次后,0.2C比容量仍大于130mAh/g,衰减率不到5%。为了考察不同溶剂对LiFePO4’性能的影响,我们选用不同的混合溶剂,包括：乙醇水溶液、乙醇葡萄糖水溶液、乙二醇葡萄糖水溶液进行实验,通过热处理,乙二醇葡萄糖水溶液反应得到的样品具有较好的分散程度以及优良的电化学性能,0.2C放电比容量151.6mAh/g,10C放电比容量53.2mAh/g,在循环100次以后,0.2C比容量仍大于140mAh/g,同时具有良好的循环性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池的简介
• 1.2.1 锂离子电池的发展史
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理及特性
• 1.2.3 锂离子电池的构成
• 1.3 锂离子电池的发展现状和应用前景
• 1.3.1 小型锂离子电池
• 1.3.2 大型锂离子电池
• 1.4 正极材料
• 1.4.1 钴酸锂
• 1.4.2 镍酸锂
• 2O₄与LiMnO₂正极材料'>1.4.3 LiMn₂O₄与LiMnO₂正极材料
• 1.4.4 固溶体正极材料
• 4正极材料'>1.4.5 LiFePO₄正极材料
• 4的合成方法'>1.4.6 LiFePO₄的合成方法
• 4存在的问题及改进'>1.4.7 LiFePO₄存在的问题及改进
• 1.5 碳纳米管在锂离子电池中的应用
• 1.5.1 碳纳米管简介
• 1.5.2 碳纳米管在锂离子电池中的应用
• 1.6 本课题的选题思想及其内容
• 第二章 材料检测与表征
• 2.1 材料的电化学性能测试
• 2.1.1 极片制备
• 2.1.2 实验电池的组装
• 2.1.3 充放电性能测试
• 2.2 材料的表征
• 2.2.1 结构分析
• 2.2.2 形貌分析
• 2.2.3 材料粒度分布测试
• 2.2.4 交流阻抗测试
• 4/C/CNTs材料'>第三章 机械纳米化—二次烧结制备LiFePO₄/C/CNTs材料
• 4/C/CNTs复合材料的实验思路'>3.1 机械纳米化—二次烧结制备LiFePO₄/C/CNTs复合材料的实验思路
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验思路及模型
• 3.2 实验主要设备及试剂
• 3.3 实验过程
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 材料的粒度分布结果及分析
• 3.4.2 材料的XRD结果及分析
• 3.4.3 材料的SEM结果及分析
• 3.4.4 材料的充放电性能结果及分析
• 3.4.5 材料的EIS测试结果及分析
• 3.5 实验小结
• 4'>第四章 水热—溶剂热法合成LiFePO₄
• 4.1 引言
• 4.2 实验主要设备及试剂
• 4.3 实验思路及过程
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 溶液浓度对材料微观形貌的影响
• 4.4.2 热处理对材料性能及微观形貌的影响
• 4.4.3 水热溶剂对材料微观形貌及电化学性能的影响
• 4.5 实验小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢