目前鋰離子新能源動(dòng)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(shí)間長(zhǎng)）、安全性差等致命缺陷。電極材料是影響鋰電池性能的關(guān)鍵因素,動(dòng)力鋰電池電極材料的顆粒粒度、構(gòu)造、比容量、電導(dǎo)率、鋰離子遷移率決定電池的性能。本文研究利用固相反應(yīng)法和溶膠-凝膠法制備微納米多孔結(jié)構(gòu)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(chǎn)品與課題組研究的氧化石墨烯（GO）復(fù)合,以期利用GO的高導(dǎo)電特性,制備出具有高能量密度、高導(dǎo)電特性的復(fù)合鋰離子電池電極材料。在固相反應(yīng)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(yīng)制度對(duì)產(chǎn)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(jié)制度對(duì)產(chǎn)品形貌的影響。在微納米多孔LiFePO₄/GO復(fù)合電極材料研究中,研究了GO添加量與復(fù)合電極材料導(dǎo)電性能的關(guān)系。具體研究?jī)?nèi)容如下。1.以FeSO₄·7H₂

【文章來(lái)源】：江西財(cái)經(jīng)大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(fù)合電極材料的電化學(xué)特性研究8550.0Wh/kg。LiFePO4優(yōu)越的循環(huán)性能來(lái)源于和FePO4非常相似的結(jié)構(gòu)：Li+在脫出和嵌入過(guò)程中，晶格常數(shù)a值和b值變化特別微小，晶格常數(shù)c變化相對(duì)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(qiáng)的結(jié)合力，即使在400℃高溫下也不會(huì)分解，因此電動(dòng)汽車中采用LiFePO4電池作為動(dòng)力即使在大功率充放電也不易產(chǎn)生起火現(xiàn)象，更不會(huì)因?yàn)殡姵仄屏旬a(chǎn)生著火，所以它是目前安全性能最好的電池。1.3.1LiFePO4結(jié)構(gòu)及電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)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(shù)值a=6.008，b=10.324，c=10.694。晶胞中Fe和Li分別與六個(gè)O原子共價(jià)構(gòu)成FeO6八面體和LiO6八面體，O占據(jù)八面體的六個(gè)頂點(diǎn)，體心由Fe和Li占據(jù)，P和O構(gòu)成PO4四面體，O占據(jù)四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，P占據(jù)四面體空隙位置，整個(gè)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(gòu)成晶體空間結(jié)構(gòu)[31]。圖1.2LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)[31]Fig.1.2LiFePO4crystalstructure[31]LiFePO4正極的充放電過(guò)程，實(shí)質(zhì)是在LiFePO4和FePO4表界面進(jìn)行Li的脫嵌。它的具體反應(yīng)方程式如下所示。充電時(shí)：LiFePOxLiLiFePO444xFePOxe)1(-x（4）放電時(shí)：FePOxLiiFePLO444xeFePxO)1(x（5）

1緒論9LiFePO4正極充放電反應(yīng)的本質(zhì)是LiFePO4和FePO4兩相反應(yīng)，充電時(shí)這兩相的界面不斷由LiFePO4相向FePO4推進(jìn)，在材料的外部區(qū)域形成一個(gè)FePO4外殼，此時(shí)內(nèi)部的Li+和電子必須穿過(guò)外部形成的FePO4殼才能進(jìn)一步反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，F(xiàn)ePO4外殼會(huì)變厚，內(nèi)部的電子和Li+很難出來(lái)，導(dǎo)致內(nèi)部的Li+變成死Li+，進(jìn)而導(dǎo)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(wèn)題是其能更好地商業(yè)化應(yīng)用，特別是在新能源汽車中使用的關(guān)鍵。目前科研工作者對(duì)LiFePO4容量衰減機(jī)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(wèn)題[32]。徑向理論認(rèn)為，相變進(jìn)行時(shí)，相界面的變化是沿著微粒直徑方向發(fā)生的，它是一個(gè)“徑向依賴”的過(guò)程。馬賽克模型理論認(rèn)為，在充放電過(guò)程中，晶粒中各個(gè)位置都可能出現(xiàn)LiFePO4和FePO4的相界面，而且相界的推進(jìn)不是沿著晶粒的直徑方向推進(jìn)的。馬賽克模型理論中，電池在充電過(guò)程時(shí)，電極材料中LiFePO4晶相逐漸減小，F(xiàn)ePO4晶相逐漸增多，最終FePO4晶相區(qū)域連成一塊，導(dǎo)致脫鋰變的困難，成為“死鋰區(qū)域”，最終導(dǎo)致LiFePO4比容量下降。關(guān)于LiFePO4容量衰減比較完善的機(jī)理目前還沒(méi)有確切的定論，或許是某一種機(jī)理主導(dǎo)，也可能是多種機(jī)理并存，圖1.3為L(zhǎng)iFePO4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(dǎo)電性，正極材料中的“活性Li”的濃度是影響鋰

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