隨著科學技術的發(fā)展和人類對高新技術產(chǎn)品需求的不斷攀升,便攜式電子設備正在朝著輕量化、小型化、柔性化的方向發(fā)展,這就需要相應的儲能設備也同時具備這些特點。因此研究柔性鋰離子電池特別是柔性電極是極為重要的。本文以正極材料磷酸鐵鋰為研究對象,通過碳包覆改性處理提升其電化學性能,并將包覆后的磷酸鐵鋰用作正極活性材料,制備無集流體的自支撐柔性電極,采用XRD、SEM等手段對其進行物相和形貌表征,通過恒流充放電測試和交流阻抗測試表征其電化學性能。通過實驗成功地實現(xiàn)了碳層在磷酸鐵鋰顆粒表面的包覆和柔性電極的制備,并且電化學性能也得到了提升,為柔性電極的商業(yè)化應用提供了參考。具體內(nèi)容如下:1、以硫酸亞鐵(七水)、磷酸、氫氧化鋰(一水)為原料,采用溶膠-凝膠法合成了納米級磷酸鐵鋰,SEM結果顯示,其晶體顆粒表現(xiàn)出了良好的一致性,但其電化學性能相對較差,在0.1C時的放電比容量為102mAh/g,10C時僅有30mAh/g。2、以葡萄糖為碳源,配制成溶液,通過將燒結后的樣品浸泡后二次燒結和水洗后樣品浸泡后離心再燒結(一次燒結)兩種不同的過程對磷酸鐵鋰進行了碳包覆改性處理,兩種方法的燒結溫度均為600~oC,時間均為3小時,在氬氣和氫氣的混合氣氛下進行。這兩種方法都有效的提高了大倍率下的放電比容量。當葡萄糖溶液的濃度為75%,體積為80ml時,一次燒結得到的LFP/C-75%-80樣品表現(xiàn)出了最佳的電化學性能,其在0.2C時的比容量為154 mAh/g,10C時仍可保持在130 mAh/g。3、以藍寶石為基底,采用簡單的涂覆方法,得到了具有良好的柔性和機械性能的LiFePO_4/C薄膜,該柔性薄膜在0.65%的應變下,能承受0.71Mpa的拉伸強度,并且在500次循環(huán)充放電后,該薄膜表面仍具有較高的完整性。其電化學測試結果也表明,該柔性薄膜具有良好的倍率性能和穩(wěn)定的長循環(huán)性能,10C循環(huán)500次后,比容量幾乎沒有出現(xiàn)衰減。
【學位單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ131.11;TM912
【部分圖文】：

相比于最早的鋰電池，鋰離子電池具有自放電小、可重復充放電、安全性能高、使用壽命長等特點。而 1991 年，首個用于商業(yè)的鋰離子電池由日本的索尼公司發(fā)布，該項成果使得更多的人把目光轉(zhuǎn)向了這個領域[12]。1.2.2 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池一般由正、負極、隔膜、電解液、電池殼等組成[13]，它主要依靠可以在正、負極之間自由穿梭的鋰離子的移動來工作，其工作原理如同 1.2.1 所示。充電時，在外加電壓的作用下，Li+從正極材料脫嵌，經(jīng)過可以使 Li+自由透過的隔膜，嵌入到負極材料中，負極材料嵌入的鋰離子越多，其充電比容量也越高；而在放電時，Li+會從負極材料脫插，重新嵌入正極材料中，相應地，此時嵌入正極的鋰離子越多，其放電比容量也越高[14]。因此，鋰離子電池充放電的本質(zhì)就是鋰離子在正負極材料之間的往返遷移過程，該過程是一個可逆的電化學反應過程，可使材料的晶體結構保持較高的完整性。因該過程像一個“搖椅”，因此鋰離子電池又被形象地稱為“搖椅電池”[15]。

便引起了人們的廣泛研究。磷酸鐵鋰[17-21]（LiFePO4）因其具量（170mAh/g）、穩(wěn)定的充放電平臺（3.4V 左右）、較長的循環(huán)）、安全、無毒、無污染、原料廉價易得等優(yōu)點，成為最具正極材料之一，目前，不僅應用于手機、電腦等小型電子設合動力汽車等大型交通設備上也取得了較為廣泛的應用。酸鐵鋰的晶體結構及特點PO4為典型的正交橄欖石型結構，Pnma 空間群[22]，其晶m，b=1.0334nm，c=0.4693nm[23]。整個晶體結構是由 PO4四面體互相連接組成的，如圖 1.3.1 所示。其充放電反應如下：4 1- x4LiFePO Fe PO xLi xe 充電脫鋰放電嵌鋰看出，在該過程中，有 LiFePO4和 FePO4兩相參與反應。在充電6層中遷移出來，嵌入負極，形成新的 FePO4相；放電過程則回正極，形成 LiFePO4相[24,25]。兩相的轉(zhuǎn)變不會使磷酸鐵鋰形，因此，其具有更長的循環(huán)壽命。

第 1 章 緒論最常見的，它又可劃分為紙狀結構、海綿/多孔結構和織物結構。狀結構具有高表面積、輕而薄、可以實現(xiàn)大規(guī)模制備的特點，無論還是依靠柔性基底成膜，都有廣泛的報道。Cao 等[49]采用壓力可控制備出了自支撐的鈦酸鋰（Li4Ti5O12）/碳納米管/纖維素納米纖維（T/CNF）柔性紙電極。該過程是將含有 LTO、CNT 和 CNF 的電極機，在可控的壓力 1.0Mpa 下通過 PC 膜過濾，然后再將含有 CNT懸浮液在之前得到的薄膜上過濾，干燥后即可得到該柔性薄膜，并達 15.0Scm-1。Leijonmarck 等[50]則使用 CNF 作為電極粘結材料和將含有電池電極材料組分的水分散系按順序抽濾來得到紙柔性電極厚度只有 250μm，其橫截面的 SEM 圖像如圖 1.4.1 所示。K商業(yè)化的紙巾作為碳紙，通過兩步滲透-碳熱還原技術得到了 紙雜化電極，該電極在電流密度為 0.1 mA cm-2時的首次可逆面容-2，并且在該電流密度下循環(huán) 500 次后，其面容量增大至 222μA
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本文編號：2874118