【摘要】：磷酸鐵鋰正極材料具備良好的循環(huán)壽命、高度的安全性、綠色無(wú)污染、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。同樣磷酸鐵鋰材料有不可避免的兩個(gè)缺陷(電子電導(dǎo)率低,離子擴(kuò)散速率慢),這正是導(dǎo)致該材料倍率性能較差的主要原因。本論文采用液相法-碳熱還原結(jié)合的方式制備了磷酸鐵鋰納米材料,并通過(guò)苯胺聚合限域效用限制材料顆粒尺寸來(lái)提高鋰離子擴(kuò)散速率,以及石墨烯表面修飾以改善材料的電子導(dǎo)電性等手段對(duì)磷酸鐵鋰材料進(jìn)行了改性研究。系統(tǒng)地探究了苯胺聚合限域過(guò)程的實(shí)驗(yàn)條件,鋰源的引入方式,石墨烯的復(fù)合量等因素對(duì)材料的晶型結(jié)構(gòu),表面形貌,物理性質(zhì)以及電化學(xué)性能的影響。在液相反應(yīng)中,苯胺聚合反應(yīng)與磷酸鐵的生成反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行,產(chǎn)物是由聚苯胺包覆的磷酸鐵初始顆粒。之后磷酸鐵初始顆粒與醋酸鋰固相研磨混勻,并加入小分子碳源,利用碳熱還原制備了碳包覆磷酸鐵鋰納米材料(m-LFP@C)。研究了苯胺添加量、鐵磷比、蔗糖的量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)條件對(duì)所合成的Li FePO_4材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能等方面的影響規(guī)律。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件后得到了平均顆粒尺寸在40nm,比表面積為40.8m~2/g的m-LFP@C納米材料,該材料在0.2C倍率下,放電容量為150.2 mAh/g,在1C、2C、5C、10C和20C倍率下放電比容量依次分別為133.4、123.8、101.6、78.3和48.5 mAh/g,1C倍率循環(huán)150圈后容量保持率86.8%。鋰源的引入方式改變?yōu)镠~+/Li~+離子交換后制備的碳包覆磷酸鐵鋰納米材料(e-LFP@C),在0.2C倍率下,放電容量為154.7 mAh/g,在1C、2C、5C、10C和20C倍率下放電比容量依次分別為140.9、130.8、117.2、100.5和70.2 mAh/g。1C倍率下循環(huán)300圈后容量保持率為95.8%,10C倍率下循環(huán)1000圈后保持率為89.7%。循環(huán)和倍率性能相較通過(guò)固相混合引入鋰源制備的m-LFP@C納米都有所提升。將原料與石墨烯復(fù)合,通過(guò)H~+/Li~+離子交換引入鋰源制備了材料平均顆粒尺寸在50nm,表面碳包覆層厚度約2nm,比表面積83.34m~2/g的循環(huán)和倍率性能都較為優(yōu)秀的石墨烯/碳包覆磷酸鐵鋰納米復(fù)合材料(e-LFP@C/RGO)。該復(fù)合材料在0.2C倍率下,放電容量為161.6 mAh/g,在1C、2C、5C、10C和20C倍率下放電比容量依次分別為151.2、145.3、133.8、118.5和89.1 mAh/g。1C倍率下循環(huán)300圈后容量保持率為96.1%,10C倍率下循環(huán)1000圈后容量保持率為97.2%。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ131.11;TB33
【圖文】：

圖 1-1 鋰離子電池工作原理示意圖正極材料概述中，正極材料是電池性能好壞的制約因素，出發(fā)，正極材料需滿足容量高、離子電子導(dǎo)、熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性好、電位高、原料來(lái)生產(chǎn)中，到目前為止，能滿足上述要求的材、鈷、錳、釩、鐵等元素的嵌鋰化合物上。釩鋰、磷酸鐵鋰等幾種[18]。常見正極材料的當(dāng)中，鎳酸鋰主要是 LiNiO2，由于合成工藝好[19]。鈷酸鋰主要是 LiCoO2，是典型的層狀離子電池正極材料，且合成工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，鈷元素有毒，而且含量少價(jià)格高，成本也是[20]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文酸鐵鋰材料的熱穩(wěn)定性，保證了鋰離子電池的安全性。但是由于它，導(dǎo)致處在 a-c 面上，平行于 c 軸的 LiO6八面體中的鋰離子的擴(kuò)散，非線性鋸齒形傳遞。這也是該材料離子電導(dǎo)率較低的緣故[28]。除鍵的誘導(dǎo)作用，減小了 Fe3+/Fe2+的費(fèi)米能級(jí)，給磷酸鐵鋰材料提s Li+/Li）左右的脫嵌鋰的電勢(shì)[29]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2715872