【摘要】：科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,不光帶動(dòng)了人們生活水平的極速提高,同時(shí)也加大了資源和能源的需求。而有限的化石能源逐漸耗盡,能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出。因此,新的清潔一次能源技術(shù)不斷被人們開(kāi)發(fā)出來(lái),而儲(chǔ)能設(shè)備的問(wèn)題也隨之而來(lái)。鋰離子電池憑借其清潔環(huán)保、優(yōu)質(zhì)高效等諸多優(yōu)點(diǎn),成為現(xiàn)如今以及未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ碾娀瘜W(xué)儲(chǔ)能設(shè)備,尤其在本世紀(jì)的新能源汽車(chē)革命中,鋰離子電池將會(huì)是最重要的角色之一。正極材料是鋰離子電池中最重要的部分,其決定了電池的電壓平臺(tái)、比容量并且影響著其它諸多電化學(xué)性能。在幾十年的研究當(dāng)中,聚陰離子型正極材料逐漸脫穎而出,其中尤其以磷酸鹽系的磷酸鐵鋰(Li FeO_4)和磷酸釩鋰(Li_3V_2(PO_4)_3)最受人們關(guān)注。他們擁有非常高的比容量和電壓平臺(tái),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,且循環(huán)性能優(yōu)良,無(wú)毒環(huán)保,成本低廉,是最有商業(yè)化潛力的鋰離子電池正極材料。但它們?nèi)源嬖谌秉c(diǎn):電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散效率低。這也是目前人們的主要研究點(diǎn)。首先,本文從制備工藝的角度對(duì)Li_3V_2(PO_4)_3材料進(jìn)行研究。以V_2O_5,Li_2CO_3和NH_4H_2PO_4分別為釩源、鋰源和磷源,用酒石酸作為還原劑和碳源,在溶膠-凝膠法下制備Li_3V_2(PO_4)_3/C材料。先采用不同的煅燒溫度(700℃和750℃)條件,考察其對(duì)材料樣品物相的影響;后在液相反應(yīng)階段,采用不同的酸堿條件(PH=4和PH=9),考察不同條件下樣品的物相差異、電化學(xué)性能差異。實(shí)驗(yàn)中用到XRD、SEM以及各種電化學(xué)測(cè)試手段。最終得出酸性條件(PH=4),750℃煅燒條件下所得樣品具有最優(yōu)的性能。在1C倍率下,3.0~4.3V和3.0~4.8V電壓范圍內(nèi),分別具有106.3mAh/g和133.4mAh/g的首次放電比容量。然后,本文創(chuàng)新性地引入類(lèi)水滑石(層狀雙金屬氫氧化物L(fēng)DHs)材料,對(duì)LiFeO_4進(jìn)行表面包覆改性研究。首先在碳熱還原法下,以L(fǎng)i_2CO_3、FePO_4·4H_2O和NH_4H_2PO_4為主要原料,制備LiFeO_4。再以NiNO_3·6H_2O、Al(NO_3)_3·9H_2O和CO(NH_2)_2為原料,采用一步水熱法制備了Ni-Al-LDHs材料。后用機(jī)械球磨的方式,按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)比(20%,40%,50%),將LDHs混入到LiFeO_4中。對(duì)所得復(fù)合材料進(jìn)行一系列表征分析及電化學(xué)測(cè)試。最后得出,LDHs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí),復(fù)合材料擁有最佳的電化學(xué)性能,氧化峰和還原峰的電勢(shì)差值明顯減小,電化學(xué)可逆性加強(qiáng)。在1C倍率下,放電比容量達(dá)到了142mAh/g,較之原磷酸鐵鋰材料,有明顯提升。最后,向LDHs材料中引入鋰源,制備三元的Li-Ni-Al-LDHs材料,進(jìn)一步探索LDHs材料對(duì)磷酸鐵鋰材料的改性作用。實(shí)驗(yàn)部分,同前一章節(jié)相似,分別使用碳熱還原法和一步水熱法制備LiFeO_4和LDHs材料。隨后,按照全新的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比(10%,15%,20%),用球磨的方式,將新的LDHs材料和LiFeO_4混合。最終經(jīng)過(guò)一系列電化學(xué)測(cè)試,15%比例的樣品表現(xiàn)出最優(yōu)的性能,在1C倍率下,其放電比容量達(dá)到了150.2mAh/g。
【圖文】：

圖 1-1 鋰離子電池工作原理示意圖[3]鋰離子電池有著諸多極具潛力的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)另一方面也有它的缺點(diǎn)，如離子擴(kuò)散效率低、有機(jī)電解液仍存在安全隱患等問(wèn)題。因此，大量的學(xué)者都在努力研究更優(yōu)質(zhì)的新型電池材料，，以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池更高的能量密度、更長(zhǎng)的循環(huán)壽

圖 1-2 LiMO2層狀化合物結(jié)構(gòu)示意圖[7]2001 年，Ohzuku 等[8]第一次研究了 LiNi0.5Mn0.5O2材料，并表明該材料擁有有較優(yōu)的電化學(xué)性能。還指出 LiNi0.5Mn0.5O2擁有不同于以往典型層狀化合物材料的結(jié)構(gòu)，后者整體由 Li 層和 MO2層穿插形成層狀結(jié)構(gòu)，而前者的 Li 層
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TM912

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本文編號(hào)：2601349