本文關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰正極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：磷酸鐵鋰正極材料以其高穩(wěn)定性能、高安全性能和價(jià)格優(yōu)勢等突出特點(diǎn),在目前應(yīng)用的鋰離子電池正極材料中占有重要地位。但因材料較低的電子和離子傳導(dǎo)率,使得其在大電流條件使用時(shí)電化學(xué)性能表現(xiàn)較差,有限的能量密度與現(xiàn)有的動力能源系統(tǒng)還有一定差距。為解決磷酸鐵鋰導(dǎo)電性差等缺陷,優(yōu)化合成工藝,改善材料電化學(xué)性能,本文通過XRD、SEM、TEM、CV和充放電測試等多種表征手段,系統(tǒng)的研究了對磷酸鐵鋰材料進(jìn)行表面包覆、金屬離子摻雜和多元材料復(fù)合的改性工作。采用固相合成技術(shù),選擇二價(jià)鐵源和三價(jià)鐵源為原料合成磷酸鐵鋰,對合成工藝、包覆原料等影響因素進(jìn)行了探索。經(jīng)結(jié)構(gòu)、形貌表征分析,碳元素含量較低的檸檬酸和葡萄糖包覆效果較優(yōu),通過掃描、透射電鏡可以觀察到材料表面存在大量微孔結(jié)構(gòu),外層包覆2-5 nm無定形態(tài)碳膜。電化學(xué)測試結(jié)果表明,以磷酸鐵、氫氧化鐵為原料合成的磷酸鐵鋰材料,0.2C倍率下循環(huán)50周后放電容量分別達(dá)到155 m Ah·g-1和143.7 m Ah·g-1,容量保持率均在98%以上。采用溶膠凝膠和多元醇的軟化學(xué)合成法制備出粒徑較小的磷酸鐵鋰材料�？疾炝巳軇┉h(huán)境對溶膠凝膠法合成的影響,N,N—二甲基甲酰胺(DMF)溶劑環(huán)境合成的材料形貌規(guī)整,粒度分布均勻,1 C倍率放電容量為128.5m Ah·g-1,大電流下的材料容量有所改善。其中,采用DEG為溶劑的多元醇法,在130℃油浴回流6 h可直接合成磷酸鐵鋰,材料顆粒尺寸在100 nm以下,0.2C倍率下初始放電容量為144.1 m Ah·g-1。多元醇合成法具有反應(yīng)時(shí)間短,溫度較低等優(yōu)勢,具有良好的發(fā)展前景。在磷酸鐵鋰材料改性的研究方面,主要采用溶膠凝膠法合成了釩、錳摻雜磷酸鐵鋰材料以及(1-x)Li Fe PO4·x Li Mn PO4、(1-x)Li Fe PO4·x Li3V2(PO4)3復(fù)合材料。通過使用H2O2高度分散V2O5技術(shù),實(shí)現(xiàn)釩在前驅(qū)體中分布均勻。研究結(jié)果表明,摻雜摩爾比Fe:V=0.97:0.03時(shí)在5 C倍率下放電容量117.2 m Ah·g-1,循環(huán)30周后放電容量仍保持在110 m Ah·g-1以上,釩離子的摻入對材料的容量有較好的改善,可以提高電子的傳導(dǎo)能力和鋰離子的遷移速率。當(dāng)復(fù)合摩爾比Fe:V=0.8:0.2時(shí),1C倍率下(1-x)Li Fe PO4·x Li3V2(PO4)3材料初始容量137.1 m Ah·g-1,10 C倍率下放電容量仍能保持在較高水平。相對于摻雜,復(fù)合材料的容量增加了在Li3V2(PO4)3特征平臺的充放,平均工作電壓更高,從而提升了材料整體的能量密度。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 磷酸鐵鋰 表面包覆 摻雜 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：新疆師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 LiFePO_4正極材料簡述10
• 1.3 LiFePO_4材料主要合成方法10-12
• 1.4 LiFePO_4材料的改性研究12-13
• 1.5 選題依據(jù)和研究內(nèi)容13-15
• 2 實(shí)驗(yàn)部分15-19
• 2.1 主要試劑及常用儀器15-17
• 2.2 材料結(jié)構(gòu)和形貌表征17
• 2.2.1 X射線粉末衍射（XRD）分析17
• 2.2.2 傅立葉變換紅外吸收光譜（FT-IR）分析17
• 2.2.3 掃描（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）分析17
• 2.3 材料電化學(xué)性能表征17-19
• 2.3.1 極片制備及電池組裝17-18
• 2.3.2 充放電性能測試18
• 2.3.3 循環(huán)伏安測試（CV）18
• 2.3.4 交流阻抗測試（EIS）18-19
• 3 高溫固相法制備Li FePO4材料及性能研究19-42
• 3.1 不同鐵源對LiFePO_4正極材料制備及電性能的影響19-37
• 3.1.1 草酸亞鐵(FeC_2O_4)為鐵源合成LiFePO_4正極材料19-25
• 3.1.2 氧化鐵(Fe_2O_3)為鐵源合成LiFePO_4正極材料25-27
• 3.1.3 磷酸鐵(FePO_4)為鐵源合成LiFePO_4正極材料27-33
• 3.1.4 氫氧化鐵(Fe(OH)_3)為鐵源合成LiFePO_4正極材料33-37
• 3.2 不同碳包覆原料對LiFePO_4正極材料制備及電性能的影響37-41
• 3.2.1 材料制備37-38
• 3.2.2 材料結(jié)構(gòu)表征38-39
• 3.2.3 材料電化學(xué)性能表征39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 4 軟化學(xué)法制備LiFePO_4正極材料及性能研究42-52
• 4.1 溶膠凝膠法合成LiFePO_4正極材料42-48
• 4.1.1 材料制備43
• 4.1.2 材料的結(jié)構(gòu)表征43-45
• 4.1.3 材料的電化學(xué)表征45-48
• 4.2 多元醇法合成LiFePO_4正極材料48-51
• 4.2.1 材料制備48-49
• 4.2.2 材料的結(jié)構(gòu)表征49-50
• 4.2.3 材料的電化學(xué)表征50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 5 LiFePO_4正極材料的改性研究52-68
• 5.1 LiFePO_4材料摻雜金屬錳離子的改性研究53-55
• 5.1.1 材料制備53-54
• 5.1.2 材料結(jié)構(gòu)表征54
• 5.1.3 材料電化學(xué)表征54-55
• 5.2 LiFePO_4材料摻雜金屬釩離子的改性研究55-60
• 5.2.1 材料制備55-56
• 5.2.2 材料結(jié)構(gòu)表征56-58
• 5.2.3 材料電化學(xué)表征58-60
• 5.3 (1-x)LiFePO_4·xLiMnPO_4復(fù)合材料的改性研究60-62
• 5.3.1 材料制備60
• 5.3.2 材料結(jié)構(gòu)表征60-61
• 5.3.3 材料電化學(xué)表征61-62
• 5.4 (1-x)LiFePO_4·xLi_3V_2(PO_4)_3復(fù)合材料的改性研究62-66
• 5.4.1 材料制備62
• 5.4.2 材料結(jié)構(gòu)表征62-64
• 5.4.3 材料電化學(xué)表征64-66
• 5.5 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-77
• 在讀期間發(fā)表的論文77-78
• 后記78

【參考文獻(xiàn)】

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1 邢宇;徐蓓;劉振新;李超;張愛勤;張林森;王立臻;方少明;;液相合成納米磷酸鐵鋰材料:沉淀方法與煅燒溫度的影響[J];功能材料;2012年17期

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本文編號：1011073