本文關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰表面納米導(dǎo)電材料修飾改性研究

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【摘要】：近年來,Li FePO4(LFP)電池因理論容量較高、成本低廉、環(huán)境友好等特點,被廣泛應(yīng)用于鋰離子動力電池市場。然而,LiFePO4正極材料的低電子電導(dǎo)率和低Li+擴散系數(shù)阻礙了其電化學(xué)性能的進一步提升,是目前亟待突破的技術(shù)瓶頸。針對上述問題,本論文以提高材料電子電導(dǎo)率及Li+擴散系數(shù)為目的,圍繞LiFePO4正極材料表面改性技術(shù)展開了研究,具體研究內(nèi)容如下:通過二步液相化學(xué)還原法,在LiFePO4正極材料表面進行納米Cu微粒修飾,制備了LFP/Cu復(fù)合材料。研究不同工藝參數(shù)對Li FePO4表面納米Cu微粒的成核速率、晶粒生長及材料電化學(xué)性能的影響規(guī)律,優(yōu)化得出納米Cu微粒的生長工藝:16 m L/L HCHO、pH=11.5、T=40?C、t=12 min。優(yōu)化工藝制備的LFP/Cu復(fù)合材料在0.1C倍率下具有較高的首次放電比容量146.7 mAh/g,在0.5C、1C、2C和5C倍率下的放電比容量分別為141.5、128.5、112.1和88.3 mAh/g。分散在Li FePO4顆粒表面的納米Cu微粒顯著降低了材料接觸阻抗,提高了電子電導(dǎo)率,減少了電極極化,使LiFePO4的倍率性能得到提高,但循環(huán)穩(wěn)定性還有待改善。對基于Mo6+摻雜改性的LiFePO4正極材料進行表面納米Cu微粒修飾,制備了LiFe0.85Mo0.05PO4/Cu復(fù)合材料。納米Cu微粒在LiFe0.85Mo0.05PO4表面均勻分散,形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)有利于表面電子電導(dǎo)率的提升,Li Fe0.85Mo0.05PO4/Cu復(fù)合材料在0.1C倍率下的首次放電比容量達154.3 mAh/g。體相摻雜和表面修飾復(fù)合改性技術(shù)提高了LiFePO4材料的電子電導(dǎo)率與離子電導(dǎo)率,此外,Mo6+摻雜有效減少了電極極化,使Li Fe0.85Mo0.05PO4/Cu復(fù)合材料展示出較好的倍率性能,在不同倍率下的充放電容量均得到了提高,90次不同倍率循環(huán)后容量保持率達89.5%。此外,以石墨烯為原料制備碳納米卷(CNSs),并與LiFePO4正極材料復(fù)合制備了LFP/CNSs復(fù)合材料,研究不同表面張力的溶液對CNSs的產(chǎn)量及卷曲程度的影響。LFP/CNSs復(fù)合材料中少量的小管徑CNSs分散在LiFePO4顆粒間,對復(fù)合材料振實密度影響較小。LFP/CNSs復(fù)合材料在0.1C倍率下,充放電比容量分別為156.2和153.9 mAh/g,約為理論容量的91%,在0.5C、1C、2C、5C倍率下的放電比容量分別可達148.5、139.2、131.6和119.0 mAh/g,90次不同倍率循環(huán)后容量保持率為96.2%,表現(xiàn)出了優(yōu)異的高倍率電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：LiFePO_4 表面改性 納米Cu微粒 碳納米卷
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋰離子電池簡介12-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展12
• 1.2.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)及原理12-13
• 1.2.3 鋰離子電池正極材料13-15
• 1.3 LiFePO_4正極材料研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 LiFePO_4的結(jié)構(gòu)特性及充放電機理15-16
• 1.3.2 LiFePO_4的合成工藝16-18
• 1.3.3 LiFePO_4的改性研究18-19
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 實驗方法及測試表征21-27
• 2.1 實驗試劑和設(shè)備21-23
• 2.1.1 主要實驗試劑21-22
• 2.1.2 主要實驗設(shè)備22-23
• 2.2 材料的物理性質(zhì)表征23-24
• 2.3 電池的組裝及電化學(xué)性能表征24-27
• 2.3.1 正極片的制備24-25
• 2.3.2 扣式電池的組裝25
• 2.3.3 恒流充放電測試25-26
• 2.3.4 交流阻抗譜（EIS）測試26-27
• 第三章 LFP/Cu復(fù)合材料的合成及優(yōu)化27-44
• 3.1 引言27
• 3.2 LFP/Cu復(fù)合材料的制備27-29
• 3.2.1 LiFePO_4正極材料的制備27-28
• 3.2.2 LFP/Cu復(fù)合材料的制備28-29
• 3.3 LFP/Cu復(fù)合材料制備的參數(shù)優(yōu)化29-37
• 3.3.1 液相化學(xué)還原法制備納米Cu微粒的影響因素29-30
• 3.3.2 還原劑濃度的優(yōu)化30-32
• 3.3.3 溶液pH值的優(yōu)化32-34
• 3.3.4 反應(yīng)溫度的優(yōu)化34-35
• 3.3.5 反應(yīng)時間的優(yōu)化35-37
• 3.4 LFP/Cu復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能表征37-42
• 3.4.1 LFP/Cu復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析37-38
• 3.4.2 LFP/Cu復(fù)合材料的形貌分析38-39
• 3.4.3 LFP/Cu復(fù)合材料的XPS分析39
• 3.4.4 LFP/Cu復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析39-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第四章 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的制備及性能研究44-51
• 4.1 引言44
• 4.2 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的制備44-45
• 4.2.1 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4正極材料的制備44
• 4.2.2 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的制備44-45
• 4.3 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能表征45-50
• 4.3.1 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析45-46
• 4.3.2 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的形貌分析46-47
• 4.3.3 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的XPS分析47-48
• 4.3.4 LiFe_(0.85)Mo_(0.05)PO_4/Cu復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 LFP/CNSs復(fù)合材料的制備及性能研究51-61
• 5.1 引言51-52
• 5.2 CNSs的制備52-54
• 5.2.1 CNSs的制備52
• 5.2.2 溶液表面張力的影響52-54
• 5.3 CNSs的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性54-56
• 5.3.1 CNSs的形貌分析54-56
• 5.3.2 CNSs的TG分析56
• 5.4 LFP/CNSs復(fù)合材料的制備56-57
• 5.5 LFP/CNSs復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能表征57-59
• 5.5.1 LFP/CNSs復(fù)合材料的形貌分析57
• 5.5.2 LFP/CNSs復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析57-59
• 5.6 本章小結(jié)59-61
• 第六章 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 下一步工作展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士期間取得的研究成果68-69

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