锂离子和锂聚合物电池用LiFePO4-C阴极材料的合成及其电化学性能研究

论文摘要

最近,具有层状的橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐,LiMPO4 （M=Fe、Mn、Ni、Co）,因为其高的理论比容量（170 mAh g-1）,已经吸引了广泛的注意力。LiMPO4中M3+/M2+氧化还原对的电位如下所述:LiFePO4的电位是3.5 V,LiMnPO4的电位是4.1 V,LiNiPO4的电位是5.2-5.4 V,LiCoPO4的电位是4.8 V。在这些磷酸盐当中,LiFePO4的出色的稳定性,低廉的价格和对环境的高度亲和性,是最吸引人的。我们采用水热法合成了LiFePO4,随后对其进行了高效能球磨和热处理。为了加强LiFePO4的电子电导率,我们加入了不同的碳导电添加剂:纳米级别的乙炔黑（acetylene black, AB）和多壁纳米碳管（multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs）。通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜,我们调查了LiFePO4-C的结构和形貌特性。组装电化学电池时,我们使用了不同的电解质:液体电解质（liquid electrolyte, LE）和固体聚合物电解质（solid polymer electrolyte, SPE）。通过循环伏安法和充放电实验,我们分析了Li/LE/LiFePO4、Li/LE/LiFePO4-C、Li/SPE/LiFePO4、Li/SPE/LiFePO4-C电池的电化学性能。实验结果证实了具有5 wt% MWCNTs的Li/LE/LiFePO4-MWCNTs电池有最好的电化学性能,在0.25 C速率放电时,室温放电容量达到了142 mAh g-1。同时实验结果也表明了具有5 wt% MWCNTs的Li/SPE/LiFePO4-MWCNTs电池有最好的电化学性能,在0.25 C速率放电时,室温放电容量达到了115 mAh g-1。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子和锂聚合物电池
• 1.2.1 锂离子电池
• 1.2.2 锂聚合物电池
• 1.3 锂离子和锂聚合物电池的结构、原理和研究现状
• 1.3.1 结构
• 1.3.2 阴极材料
• 1.3.3 电解质
• 1.3.4 阳极材料
• 1.4 选题意义和主要研究内容
• 第2章 材料合成、电池组装和实验方法
• 4、LiFePO₄-C、SPE 的合成'>2.1 LiFePO₄、LiFePO₄-C、SPE 的合成
• 4、LiFePO₄-C 的合成'>2.1.1 LiFePO₄、LiFePO₄-C 的合成
• 2.1.2 SPE 的合成
• 2.2 电化学电池的组装
• 4、Li/LE/LiFePO₄-C 电池的组装'>2.2.1 Li/LE/LiFePO₄、Li/LE/LiFePO₄-C 电池的组装
• 4、Li/SPE/LiFePO₄-C 电池的组装'>2.2.2 Li/SPE/LiFeP0₄、Li/SPE/LiFePO₄-C 电池的组装
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 扫描电镜分析
• 2.3.2 透射电镜和高分辨透射电镜分析
• 2.3.3 X 射线衍射分析
• 2.3.4 交流阻抗分析
• 2.3.5 循环伏安法分析
• 2.3.6 充放电实验
• 2.3.7 比表面积分析
• 2.3.8 电子电导率分析
• 4的电化学特性'>第3章 LiFePO₄的电化学特性
• 4 的扫描电镜观察'>3.1 LiFePO₄的扫描电镜观察
• 4 的高分辨透射电镜观察'>3.2 LiFePO₄的高分辨透射电镜观察
• 4 的X 射线衍射分析'>3.3 LiFePO₄ 的X 射线衍射分析
• 4 的阻抗特性'>3.4 LiFePO₄的阻抗特性
• 4 的循环伏安特性'>3.5 LiFePO₄的循环伏安特性
• 4 的充放电特性'>3.6 LiFePO₄的充放电特性
• 3.7 本章小结
• 4-AB 电池的电化学特性.'>第4章 Li/LE/LiFePO₄-AB 电池的电化学特性.
• 4-AB 的扫描电镜观察'>4.1 LiFePO₄-AB 的扫描电镜观察
• 4-AB 的透射电镜观察'>4.2 LiFePO₄-AB 的透射电镜观察
• 4-AB 的X 射线衍射分析'>4.3 LiFePO₄-AB 的X 射线衍射分析
• 4-AB 电池的阻抗特性'>4.4 Li/LE/LiFePO₄-AB 电池的阻抗特性
• 4-AB 电池的循环伏安特性'>4.5 Li/LE/LiFePO₄-AB 电池的循环伏安特性
• 4-AB 电池的充放电特性'>4.6 Li/LE/LiFePO₄-AB 电池的充放电特性
• 4.7 本章小结
• 4-MWCNTs 电池的电化学特性'>第5章 Li/LE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的电化学特性
• 4-MWCNTs 的扫描电镜观察'>5.1 LiFePO₄-MWCNTs 的扫描电镜观察
• 4-MWCNTs 的X 射线衍射分析'>5.2 LiFePO₄-MWCNTs 的X 射线衍射分析
• 4-MWCNTs 电池的阻抗特性.'>5.3 Li/LE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的阻抗特性.
• 4-MWCNTs 电池的循环伏安特性'>5.4 Li/LE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的循环伏安特性
• 4-MWCNTs 电池的充放电特性.'>5.5 Li/LE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的充放电特性.
• 5.6 本章小结
• 4-MWCNTs 电池的电化学特性'>第6章 Li/SPE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的电化学特性
• 4-MWCNTs 电池的阻抗特性.'>6.1 Li/SPE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的阻抗特性.
• 4-MWCNTs 电池的循环伏安特性.'>6.2 Li/SPE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的循环伏安特性.
• 4-MWCNTs 电池的充放电特性.'>6.3 Li/SPE/LiFePO₄-MWCNTs 电池的充放电特性.
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract