發(fā)布時間：2021-09-04 11:52

　　目前鋰離子新能源動力電池仍存在能量密度低（續(xù)航里程短）、倍率充放電性能差（充電時間長）、安全性差等致命缺陷。電極材料是影響鋰電池性能的關鍵因素,動力鋰電池電極材料的顆粒粒度、構造、比容量、電導率、鋰離子遷移率決定電池的性能。本文研究利用固相反應法和溶膠-凝膠法制備微納米多孔結構的磷酸鐵鋰（LiFePO₄）,以期獲得更高有效鋰離子濃度的LiFePO₄型鋰離子電池電極材料原料,然后將產品與課題組研究的氧化石墨烯（GO）復合,以期利用GO的高導電特性,制備出具有高能量密度、高導電特性的復合鋰離子電池電極材料。在固相反應法制備微納米多孔LiFePO₄研究中,研究了助熔劑種類、助熔劑添加量和反應制度對產品的相純度和形貌的影響。在溶膠-凝膠法合成微納米多孔LiFePO₄研究中,研究了分散劑和燒結制度對產品形貌的影響。在微納米多孔LiFePO₄/GO復合電極材料研究中,研究了GO添加量與復合電極材料導電性能的關系。具體研究內容如下。1.以FeSO₄·7H₂

【文章來源】：江西財經大學江西省

【文章頁數】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的充放電工作原理示意圖[4]

微納米多孔磷酸鐵鋰制備及其與氧化石墨烯復合電極材料的電化學特性研究8550.0Wh/kg。LiFePO4優(yōu)越的循環(huán)性能來源于和FePO4非常相似的結構：Li+在脫出和嵌入過程中，晶格常數a值和b值變化特別微小，晶格常數c變化相對a、b稍大，但總的充放電循環(huán)中體積變化只有6.81%。LiFePO4因P和O間非常強的結合力，即使在400℃高溫下也不會分解，因此電動汽車中采用LiFePO4電池作為動力即使在大功率充放電也不易產生起火現象，更不會因為電池破裂產生著火，所以它是目前安全性能最好的電池。1.3.1LiFePO4結構及電化學反應機理LiFePO4晶體結構如圖1.2所示，屬正交晶系，空間群為Pnma（橄欖石型型），晶胞參數值a=6.008，b=10.324，c=10.694。晶胞中Fe和Li分別與六個O原子共價構成FeO6八面體和LiO6八面體，O占據八面體的六個頂點，體心由Fe和Li占據，P和O構成PO4四面體，O占據四面體的四個頂點，P占據四面體空隙位置，整個晶體中LiO6八面體和FeO6八面體分別與PO4四面體共棱，交替排列構成晶體空間結構[31]。圖1.2LiFePO4晶體結構[31]Fig.1.2LiFePO4crystalstructure[31]LiFePO4正極的充放電過程，實質是在LiFePO4和FePO4表界面進行Li的脫嵌。它的具體反應方程式如下所示。充電時：LiFePOxLiLiFePO444xFePOxe)1(-x（4）放電時：FePOxLiiFePLO444xeFePxO)1(x（5）

1緒論9LiFePO4正極充放電反應的本質是LiFePO4和FePO4兩相反應，充電時這兩相的界面不斷由LiFePO4相向FePO4推進，在材料的外部區(qū)域形成一個FePO4外殼，此時內部的Li+和電子必須穿過外部形成的FePO4殼才能進一步反應，隨著反應的進行，FePO4外殼會變厚，內部的電子和Li+很難出來，導致內部的Li+變成死Li+，進而導致材料的比容量下降。解決LiFePO4在大倍率充放電中容量衰減問題是其能更好地商業(yè)化應用，特別是在新能源汽車中使用的關鍵。目前科研工作者對LiFePO4容量衰減機理提出了多種模型，比較成熟的有馬賽克模型（mosaicmodel）和徑向模型（radialmodel），能能很好地解釋LiFePO4在高倍率下容量衰減的問題[32]。徑向理論認為，相變進行時，相界面的變化是沿著微粒直徑方向發(fā)生的，它是一個“徑向依賴”的過程。馬賽克模型理論認為，在充放電過程中，晶粒中各個位置都可能出現LiFePO4和FePO4的相界面，而且相界的推進不是沿著晶粒的直徑方向推進的。馬賽克模型理論中，電池在充電過程時，電極材料中LiFePO4晶相逐漸減小，FePO4晶相逐漸增多，最終FePO4晶相區(qū)域連成一塊，導致脫鋰變的困難，成為“死鋰區(qū)域”，最終導致LiFePO4比容量下降。關于LiFePO4容量衰減比較完善的機理目前還沒有確切的定論，或許是某一種機理主導，也可能是多種機理并存，圖1.3為LiFePO4脫鋰和嵌鋰的馬賽克模型（mosaicmodel）和徑向模型（radialmodel）示意圖。圖1.3LiFePO4容量衰減徑向模型（a）和馬賽克模型（b）[32]Fig.1.3LiFePO4chargeanddischargeradialmodel(a)andmosaicmodel(b)[32]上述可知，正極材料的導電性，正極材料中的“活性Li”的濃度是影響鋰

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3383212