本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的制備及性能研究

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【摘要】： 自從1990年Sony公司將鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化后,鋰離子電池已經(jīng)成為目前最有效的儲(chǔ)能電源系統(tǒng),并廣泛應(yīng)用于通訊產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品、混合電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。但是,隨著人們對于能量更高、壽命更長、安全性更好的鋰離子電池的追求,現(xiàn)有的工業(yè)化應(yīng)用材料如正極LiCoO_2和負(fù)極石墨已經(jīng)難以滿足。因此,科研工作者們正積極的開發(fā)新型電極材料以滿足未來鋰離子電池的發(fā)展需求。眾所周知,正極材料是鋰離子電池中最關(guān)鍵的部分,因?yàn)樗诤艽蟪潭壬蠜Q定了電池的整體成本、能量、使用壽命及安全性能等。本碩士論文主要是研究新型的鋰離子電池正極材料Li_3V_2(PO_4)_3。 在論文第一章中,作者簡要地介紹了電池的發(fā)展歷史和鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理,并綜述了鋰離子電池常見電極及電解質(zhì)材料以及磷酸釩鋰正極材料的研究進(jìn)展。 在第二章中,主要介紹了本論文中所用到的實(shí)驗(yàn)儀器和方法,詳細(xì)闡述了實(shí)驗(yàn)用扣式電池的制備過程以及常用的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)測試手段。 在第三章中,作者采用固相碳熱還原法以蔗糖為碳源合成了具有單斜結(jié)構(gòu)的Li_3V_2(PO_4)_3/C復(fù)合正極材料。考察了燒結(jié)溫度和蔗糖添加量對Li_3V_2(PO_4)_3/C物理性能和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在750oC、蔗糖添加量為n(蔗糖):n(LVP)=0.4:1摩爾比時(shí)合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C樣品具有最好的電化學(xué)性能,尤其是倍率性能。 第四章是在上一章的基礎(chǔ)上著重研究了四種不同碳源即檸檬酸、葡萄糖、PVDF和淀粉對合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C復(fù)合材料的物理性能和電化學(xué)性能的影響。殘?zhí)剂繙y定,發(fā)現(xiàn)基于檸檬酸合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C樣品的殘?zhí)剂孔畹?為1.33%。電化學(xué)測試表明,基于PVDF碳源合成的Li_3V_2(PO_4)_3/C樣品的阻抗最小,具有最好的倍率性能。 在第五章中,作者還采用了溶膠-凝膠法,以草酸為絡(luò)合劑、麥芽糖為碳源合成了具有單斜結(jié)構(gòu)的Li_3V_2(PO_4)_3/C復(fù)合正極材料,并對材料的物理性質(zhì)和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。著重考察了兩個(gè)重要的合成因素:燒結(jié)溫度和殘?zhí)剂俊＝Y(jié)果表明,電化學(xué)性能最好的樣品是在750oC下合成的殘?zhí)剂繛?1.6 wt%的Li_3V_2(PO_4)_3/C樣品。在3.0-4.3 V電壓范圍內(nèi),從0.5C(125 mAh g-1)到5C(116mAh g-1)容量只有7.2%的衰減,甚至在10C下還高達(dá)82 mAh g-1。 在第六章中,作者用三種不同的方法CV、GITT和EIS對Li_3V_2(PO_4)_3/C中鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)( Ltriu+eD和Lapi+pD )進(jìn)行了測定。結(jié)果表明,由CV測得的DLi+在10-10-10-11 cm2 s-1數(shù)量范圍內(nèi);EIS測得的單相區(qū)內(nèi)的真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)為10-9-10-10 cm2 s-1;而用GITT測得的Ltriu+eD和Lapi+pD分別為~10-9 cm2 s-1和10-8-10-13 cm2 s-1。另外,對于單相區(qū)內(nèi)的真實(shí)擴(kuò)散系數(shù),這三種方法算出的結(jié)果比較吻合,在10-9-10-10 cm2 s-1范圍內(nèi)。 最后,在第七章中,作者對本論文的創(chuàng)新和不足之處進(jìn)行了總結(jié)并對未來的研究工作提出了展望。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 正極材料 磷酸釩鋰 碳熱還原法 溶膠-凝膠法 碳源 碳包覆 倍率性能 擴(kuò)散系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-50
• 1.1 引言11-17
• 1.1.1 電池的發(fā)展史11-13
• 1.1.2 鋰離子電池概述13-17
• 1.1.2.1 鋰離子電池的工作原理13-14
• 1.1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.1.2.3 鋰離子電池的類型15
• 1.1.2.4 鋰離子電池的特點(diǎn)15-17
• 1.2 常見的鋰離子電池關(guān)鍵材料17-33
• 1.2.1 鋰離子電池正極材料17-27
• 1.2.1.1 鈷酸鋰（LiCoO_2）正極材料18-20
• 1.2.1.2 錳酸鋰（LiMn_2O_4）正極材料20-22
• 1.2.1.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 正極材料22-24
• 1.2.1.4 磷酸鐵鋰（LiFePO_4）正極材料24-27
• 1.2.2 鋰離子電池負(fù)極材料27-32
• 1.2.2.1 碳類負(fù)極材料27-29
• 1.2.2.2 過渡金屬氧化物負(fù)極材料29-31
• 1.2.2.3 鈦酸鋰（Li_4Ti_5O_(12)）負(fù)極材料31-32
• 1.2.3 鋰離子電池電解質(zhì)體系32-33
• 1.3 磷酸釩鋰（Li_3V_2(PO_4)3）正極材料的研究進(jìn)展33-44
• 1.3.1 Li_3V_2(PO_4)_3 的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)反應(yīng)特性34-38
• 1.3.2 Li_3V_2(PO_4)_3 的改性研究38-44
• 1.3.2.1 碳包覆38-42
• 1.3.2.2 金屬摻雜42-44
• 1.4 本論文的選題背景和研究內(nèi)容44-45
• 參考文獻(xiàn)45-50
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法與儀器50-58
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品50-51
• 2.2 材料的物理性能測試51-53
• 2.2.1 物相分析51
• 2.2.2 表面形貌及元素分析51-52
• 2.2.3 微觀結(jié)構(gòu)分析52
• 2.2.4 激光粒度分析（PSD）52-53
• 2.2.5 熱重分析53
• 2.3 材料的電化學(xué)性能測試53-58
• 2.3.1 電極制備53-54
• 2.3.2 電池組裝54-55
• 2.3.3 電化學(xué)性能測試55-58
• 第三章 固相碳熱還原法制備Li_3V_2(PO_4)_3/C復(fù)合正極材料58-76
• 3.1 引言58-59
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分59-60
• 3.2.1 碳熱還原法合成Li_3V_2(PO_4)3/C59-60
• 3.2.2 結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能表征60
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論60-74
• 3.3.1 燒結(jié)溫度對Li_3V_2(PO_4)_3/C晶體結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響60-69
• 3.3.2 蔗糖添加量對Li_3V_2(PO_4)_3/C晶體結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響69-74
• 3.4 本章小結(jié)74-75
• 參考文獻(xiàn)75-76
• 第四章 不同碳源對Li_3V_2(PO_4)_3/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響研究76-90
• 4.1 引言76
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分76-77
• 4.2.1 基于不同碳源合成Li_3V_2(PO_4)_3/C76
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能表征76-77
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論77-88
• 4.4 本章小結(jié)88-89
• 參考文獻(xiàn)89-90
• 第五章 溶膠-凝膠法制備Li_3V_2(PO_4)_3/C復(fù)合正極材料90-113
• 5.1 引言90
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分90-92
• 5.2.1 溶膠-凝膠法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C90-92
• 5.2.2 結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能表征92
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論92-111
• 5.3.1 燒結(jié)溫度對Li_3V_2(PO_4)_3/C 晶體結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響92-101
• 5.3.2 殘?zhí)剂繉i_3V_2(PO_4)_3/C 晶體結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響101-111
• 5.4 本章小結(jié)111-112
• 參考文獻(xiàn)112-113
• 第六章 Li_3V_2(PO_4)_3 中鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的測定113-126
• 6.1 引言113-114
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分114-115
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論115-124
• 6.3.1 循環(huán)伏安法115-118
• 6.3.2 恒電流間歇滴定法118-121
• 6.3.3 電化學(xué)阻抗譜法121-124
• 6.4 本章小結(jié)124-125
• 參考文獻(xiàn)125-126
• 第七章 論文總述及未來工作展望126-128
• 7.1 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)和研究意義126-127
• 7.2 本論文的不足之處127
• 7.3 進(jìn)一步研究展望127-128
• 附錄一 攻讀碩士期間發(fā)表的論文128-129
• 致謝129

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 劉正;Li_3V_2(PO_4)_3正極材料制備及回收再利用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 曾慶紅;鋰離子電池正極材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的制備及性能研究[D];東北石油大學(xué);2012年

3 張樂;鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰和磷酸釩鋰的制備與表征[D];華南理工大學(xué);2012年

4 張曉萍;核殼結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰—磷酸釩鋰復(fù)合正極材料的研究[D];中南大學(xué);2012年

5 趙斌;鋰離子電池用磷酸釩鋰和硫正極材料制備及電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

6 曾福娣;鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的合成與電化學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2012年

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本文編號：1017640