【摘要】：橄欖石型結構的磷酸鐵鋰被認為是應用在便攜式電子產品和電動汽車上理想的正極材料之一。磷酸鐵鋰具有價格低廉、較高的充放電比容量、綠色無毒、良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點。但是磷酸鐵鋰本身具有制備工藝復雜、鋰離子擴散慢和導電性差等缺點,這些缺點會導致磷酸鐵鋰本身的放電比容量低,循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。本文通過對磷酸鐵鋰粒子進行炭納米層包覆,以增強粒子導電性,之后再利用(氮摻雜)碳納米管一維結構和導電性好的特點,將其作為導電劑分散于炭包覆的磷酸鐵鋰間,以增強粒子間的導電能力,從而改善磷酸鐵鋰的比容量、倍率性和循環(huán)壽命等。利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、比表面及孔結構分析和熱重分析(TGA)等表征材料的組成及結構形態(tài)。利用恒電流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等手段對材料的電化學性能進行測試。首先,以葡萄糖為碳源,采用熱解法制備炭層包覆磷酸鐵鋰(C@LFP)。探究了熱處理溫度、葡萄糖的加入量等對C@LFP組織結構及電化學性能的影響。確定了制備溫度為600℃,磷酸鐵鋰和葡萄糖投料質量比為10:1的制備C@LFP的最佳條件。葡萄糖熱解在磷酸鐵鋰表面形成炭包覆層,增強了粒子導電性。電化學阻抗譜結果表明,C@LFP的電荷傳遞阻抗顯著降低。恒電流充放電測試顯示,C@LFP在0.1C倍率放電時,首次放電比容量為144.8 mAh·g-1,高于純相磷酸鐵鋰的133.7 mAh·g-1。C@LFP在1C倍率下,經過200次循環(huán)后比容量從120.7mAh·g-1下降到113.6 mAh·g-1,保持率為94.1%。而LFP在1C倍率下,比容量從106 mAh·g-1下降到93.5 mAh·g-1,保持率為88.2%。在0.1C倍率下,炭包覆處理使磷酸鐵鋰比容量提高了8.3%。為進一步改善磷酸鐵鋰性能,分別以碳納米管(CNTs)和氮摻雜碳納米管(NCNTs)作為導電劑,以增強C@LFP粒子間導電能力。結果表明,CNTs的摻雜量為3 wt%時制備的CNTs-C@LFP,在0.1C倍率下的首次放電比容量為158.6mAh·g-1。NCNTs導電劑則是首先合成聚吡咯包覆碳納米管(PPy@CNTs),然后將其與C@LFP混合,熱處理使PPy@CNTs轉化成NCNTs,從而得到以NCNTs為導電劑的NCNTs-C@LFP。研究表明,NCNTs均勻分散于C@LFP粒子間,從而形成以磷酸鐵鋰表面炭包覆層和磷酸鐵鋰粒子間的NCNTs構成的導電網絡,在PPy@CNTs的摻雜量僅為1wt%時,在0.1C倍率下磷酸鐵鋰比容量則達162.3mAh·g-1。即,經炭包覆和氮摻雜碳納米管摻雜改性處理后得到的NCNTs-C@LFP的比容量,較純LFP提高21%,同時,經碳包覆和氮摻雜碳納米管添加的磷酸鐵鋰也顯示出改善的倍率和充放電循環(huán)性能。
【圖文】：

1.緒論池構成的主要組成部分包括電池的上下極殼、正極（包括活材料）、電解質。目前的鋰離子電池主要是以含鋰化為負極。在對鋰離子電池進行恒流充放電測試的過程回移動，這就是鋰離子電池。如圖 1.1，對電池進行有鋰離子產生 ，產生的鋰離子經電解液運動到負極具有較多的微孔，從正極移動來的鋰離子會嵌入到碳和電池的容量成正比。放電時則相反，負極中的鋰離

圖 1.2 LiFePO4晶體結構示意圖.1.2 Schematic diagram of LiFePO4crystal structure電原理充放電原理[40]見圖 1.3。在電池體系中，與極之間的是隔膜。隔膜的作用是將正負極分動，但不允許電子通過隔膜。負極主要是碳鋰離子電池正極材料，充電時會發(fā)生氧化反中脫嵌出來，經過隔膜向負極遷移；放電中脫嵌出來，經電解液、隔膜重新回到正極來回移動，移動方向與鋰離子的方向一致，酸鐵鋰的充放電原理可以看到，，鋰離子和電離子的遷移速率與電子的遷移速率要保持
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM912

【參考文獻】

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本文編號：2569052