【摘要】：鋰離子電池(Lithium-ion batteries,LIBs)系統(tǒng)作為當(dāng)前最有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)之一,是能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)和新能源車載動(dòng)力儲(chǔ)能設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分。磷酸鐵鋰(LiFePO4,LFP)因具有安全性出色、理論比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),成為鋰離子電池界的熱點(diǎn)正極材料。然而LiFePO4因自身低電子電導(dǎo)率和低鋰離子擴(kuò)散系數(shù)限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。針對(duì)其實(shí)際應(yīng)用中的問題,本論文結(jié)合顆粒形貌優(yōu)化和材料表面修飾等手段對(duì)LiFePO4材料進(jìn)行改性研究。主要研究內(nèi)容如下:通過兩步溶劑熱法制備中空LiFePO4微球材料,在此基礎(chǔ)上通過單因素法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,研究不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)合成LiFePO4材料的影響規(guī)律,得到優(yōu)化的中空LiFePO4微球合成的參數(shù)條件:合成時(shí)間4 h、反應(yīng)溶劑為乙二醇、溫度為180?C、pH值為7。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化制備的材料為純相橄欖石型LiFePO4結(jié)構(gòu),同時(shí)具有空心結(jié)構(gòu)的球體形貌。該三維結(jié)構(gòu)能縮短體相中電子傳輸和Li+擴(kuò)散距離,所得材料在0.1 C倍率下首次充放電比容量分別為145.3 mA·h/g和143.2 mA·h/g,在0.5 C、1 C、2 C和5 C下的放電比容量分別為130.4、117.5、101.3和82.7 mA·h/g,同時(shí)在0.1 C循環(huán)100次后容量損失低于5%。采用碳納米卷(CNS)和抗壞血酸(Vc)兩種材料對(duì)LiFePO4中空微球材料進(jìn)行碳包覆改性,分別制備LFP/CNS和LFP/C復(fù)合材料,兩者均保持LiFePO4中空微球的微觀結(jié)構(gòu),并在球體表面實(shí)現(xiàn)均勻的碳包覆。LFP/CNS和LFP/C材料在0.1C下首次放電比容量達(dá)到160.3 mA·h/g和156.3 mA·h/g,兩者在較高的不同倍率下循環(huán)60次后的容量保持率分別為94.5%和92.8%。碳包覆提高了材料的電子電導(dǎo)率,其電化學(xué)性能較純相LiFePO4中空微球有很大提升。此外,LFP/CNS中形成了顆粒間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使材料整體性能進(jìn)一步提升。利用原纖化納米纖維素(NFC)良好的力學(xué)性能以及石墨烯極高的電子電導(dǎo)率,使用真空抽濾法以NFC、石墨烯與LiFePO4為前驅(qū)物制備出自支撐的柔性復(fù)合電極。柔性復(fù)合電極具有良好的力學(xué)柔性和彎折可靠性,其中的NFC和石墨烯形成三維導(dǎo)電框架,為LiFePO4提供高速的電子傳導(dǎo)通道,進(jìn)而減小電極在充放電過程中的極化現(xiàn)象,使柔性LiFePO4/石墨烯/NFC復(fù)合電極的電化學(xué)性能得到明顯增強(qiáng),在0.1 C下首次放電比容量為150.6 mA·h/g,在高倍率下循環(huán)60次后,容量保持率為95%。
【圖文】：

圖 1-1 全球鋰離子電池應(yīng)用量預(yù)測（2010-2020 年）[7]1.2 鋰離子電池概述1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展鋰離子電池作為儲(chǔ)能裝置大家族的后起之秀，其研究始于二十世紀(jì)中葉。到了冷戰(zhàn)時(shí)期，航天航空、移動(dòng)通訊等科技的迅猛發(fā)展和石油危機(jī)的頻發(fā)，，使得人類社會(huì)對(duì)高性能儲(chǔ)能裝置的研發(fā)需求日益急迫。作為一種能量儲(chǔ)存系統(tǒng)，鋰離子電池在工作中涉及到的化學(xué)反應(yīng)與現(xiàn)有大部分燃料和電池一樣均為氧化還原反應(yīng)，其本質(zhì)均是電子從電池的負(fù)極通過外部負(fù)載最后流回至正極的過程。鋰元素作為原子質(zhì)量最小的金屬元素，在所有金屬中擁有較高的電子轉(zhuǎn)移比例（33%）和最低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢（約-3.0V）且環(huán)境相容性好，因此順理成章地成為學(xué)術(shù)界近些年來的熱點(diǎn)研究對(duì)象。早期的鋰電池研究集中于金屬鋰負(fù)極體系，但該體系在長期使用出現(xiàn)鋰枝晶生長刺穿隔膜進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部短路引發(fā)電池自燃甚至爆炸的情況，嚴(yán)重影響了鋰離

Mizushima 發(fā)現(xiàn)了 LixCoO2在鋰離子電池中應(yīng)用的可能gh 也提出了 LixNiO2的潛在能力[10, 11]。又經(jīng)過近十年的努索尼（Sony）公司推出了以碳為負(fù)極，鈷酸鋰（LiCoO2）鋰離子電池，并將該技術(shù)命名并注冊為“鋰離子技術(shù)(Li-io電池開始廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的方方面面，對(duì)它的研究也成電池的結(jié)構(gòu)和工作原理離子電池組成結(jié)構(gòu)由正負(fù)極電極材料、電解液、隔膜、集正負(fù)極材料分別涂覆在金屬集流體上；鋰電池電解液一般為，為鋰離子在電池內(nèi)的輸運(yùn)充當(dāng)介質(zhì)；隔膜隔開電池的正負(fù)其本身不導(dǎo)電但允許鋰離子通過。池的工作原理如圖 1-2 所示，其本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，鋰離嵌過程是其基本工作原理。正如“搖椅”一般，充電時(shí)電
【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】：2017
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2560489