锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与改性研究

论文摘要

磷酸铁锂（LiFePO4）以其无毒、对环境友好、原材料来源广泛、比容量高、循环性能及安全性能好等显著特点成为近年来正极材料的研究热点。但是该材料的电导率较低,阻碍了其商业化进程。本文以壳聚糖和蛋白质为碳源,研究了流变相法与溶胶-凝胶法合成LiFePO4的实验,通过TG-DTA、XRD、SEM等表征所合成的产物为LiFePO4,以恒电流充放电、循环伏安、电化学阻抗等测试了LiFeP04/C材料的电化学性能,结果表明采用本文的LiFePO4合成工艺,不仅降低了生产成本,还提高了其电化学性能。在使用壳聚糖为碳源,流变相法合成工艺探索中,壳聚糖添加量6%,700℃合成的材料结晶度高、粒径细小且分布均匀,性能最佳。首次放电比容量达146.1 mAh·g-1,第30次放电比容量达144.1 mAh·g-1,衰减量仅为2.3%,循环性能稳定。以壳聚糖为碳源,溶胶-凝胶法合成工艺研究中,当壳聚糖单体与金属离子摩尔比为1：1.2时,600℃合成的样品表现出的性能最为优越。材料粒径分布在400 nm左右,首次放电比容量为155.1 mAh·g-1,30次循环后容量保持率达97.9%,具有良好的循环性能。在以蛋白质为碳源,结合流变相法的实验中,研究了烧结温度对材料性能的影响。当烧结温度达650℃,蛋白质用量与前躯体相同时合成的样品30次循环首次放电比容量达139.2 mAh·g-1,末次放电比容量135.3 mAh·g-1。各方面性能优于其他条件下合成的材料,因此650℃是此方法的适宜温度参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 锂离子电池概述
• 1.1.1 锂离子电池的发展简史
• 1.1.2 锂离子电池工作原理
• 1.2 锂离子电池正极材料的研究进展
• 1.2.1 锂离子电池对正极材料的要求
• 2正极材料'>1.2.2 LiCoO₂正极材料
• 2正极材料'>1.2.3 LiNiO₂正极材料
• 2和LiMn₂O₄正极材料'>1.2.4 LiMnO₂和LiMn₂O₄正极材料
• 1.2.5 其他系列正极材料
• 4的研究进展'>1.3 LiFePO₄的研究进展
• 4的结构特征'>1.3.1 LiFePO₄的结构特征
• 4的电化学性能'>1.3.2 LiFePO₄的电化学性能
• 4的制备方法'>1.3.3 LiFePO₄的制备方法
• 4存在的问题及改性研究'>1.3.4 LiFePO₄存在的问题及改性研究
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 电极的制备及实验电池的组装
• 2.2.1 正极的制备
• 2.2.2 负极的制备
• 2.2.3 实验电池的组装
• 2.3 合成方法
• 2.3.1 壳聚糖为碳源流变相法合成实验
• 2.3.2 壳聚糖为碳源溶胶-凝胶法合成实验
• 2.3.3 蛋白质为碳源流变相法合成实验
• 2.4 表征方法
• 2.4.1 热重分析（TGA）和差热分析（DTA）
• 2.4.2 X射线衍射法
• 2.4.3 扫描电镜分析
• 2.5 电化学性能测试
• 2.5.1 恒电流充放电测试
• 2.5.2 循环伏安测试
• 2.5.3 电化学阻抗（EIS）测试
• 2.5.4 碳含量测试
• 第3章 壳聚糖为碳源流变相法合成实验研究
• 4性能的影响'>3.1 合成温度对LiFePO₄性能的影响
• 4的制备'>3.1.1 LiFePO₄的制备
• 3.1.2 结构表征
• 4电化学性能的影响'>3.1.3 合成温度对LiFePO₄电化学性能的影响
• 3.2 壳聚糖添加量对材料性能的影响
• 4的制备'>3.2.1 LiFePO₄的制备
• 3.2.2 结构表征
• 4电化学性能的影响'>3.2.3 壳聚糖添加量对LiFePO₄电化学性能的影响
• 4电化学性能的测试'>3.3 适宜实验条件合成LiFePO₄电化学性能的测试
• 3.3.1 循环伏安测试
• 3.3.2 电化学阻抗测试
• 3.3.3 其他倍率性能测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 壳聚糖为碳源溶胶-凝胶法合成实验研究
• 4.1 合成温度对材料性能的影响
• 4的制备'>4.1.1 LiFePO₄的制备
• 4.1.2 结构表征
• 4/C材料的电化学性能测试'>4.1.3 合成的LiFePO₄/C材料的电化学性能测试
• 4性能的影响'>4.2 络合剂用量对LiFePO₄性能的影响
• 4的制备'>4.2.1 LiFePO₄的制备
• 4.2.2 结构表征
• 4电化学性能的影响'>4.2.3 不同络合剂用量对LiFePO₄电化学性能的影响
• 4电化学性能的测试'>4.3 适宜实验条件合成LiFePO₄电化学性能的测试
• 4.3.1 循环伏安测试
• 4.3.2 电化学阻抗测试
• 4.3.3 其他倍率性能测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 蛋白质为碳源流变相法合成实验研究
• 4性能的影响'>5.1 合成温度对LiFePO₄性能的影响
• 4的制备'>5.1.1 LiFePO₄的制备
• 5.1.2 结构表征
• 4电化学性能的影响'>5.1.3 不同合成温度对LiFePO₄电化学性能的影响
• 4电化学性能的测试'>5.2 适宜烧结温度合成LiFePO₄电化学性能的测试
• 5.2.1 循环伏安测试
• 5.2.2 电化学阻抗测试
• 5.2.3 其他倍率性能测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢