本文關(guān)鍵詞：鋰、鈉離子二次電池正極材料的制備與研究

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【摘要】：鋰離子二次電池以其清潔高效、質(zhì)量輕、容量大等優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備電源中。橄欖石型LiFePO4是一種極具潛力的鋰離子二次電池正極材料,主要是因為它具有很高的理論放電比容量(170mAh/g)、穩(wěn)定的放電平臺(3.4V)、極好的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。但由于其本身較低的離子擴散率和電子電導(dǎo)率,需要通過碳包覆、減小顆粒尺寸等方法對其進行改性處理。近年來,隨著電動車等大型動力系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,對二次電池的需求逐漸向大功率,,低成本邁進,鋰的儲量和成本將是限制其大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。鈉離子二次電池與鋰離子二次電池具有相似的性能,鈉元素在地球上的儲量比鋰也更為豐富,從降低成本的角度出發(fā),發(fā)展鈉離子二次電池替代鋰離子二次電池具有重要的現(xiàn)實意義。本文的主要研究內(nèi)容包括提高現(xiàn)有鋰離子二次電池正極材料的使用效率和研究開發(fā)鈉離子二次電池正極材料兩部分。第一部分中,引入廉價的工業(yè)化產(chǎn)品磷酸鐵和草酸,利用草酸絡(luò)合磷酸鐵的性質(zhì),通過溶膠混料,主要采用噴霧干燥法制備LiFePO4/C材料,并對其制備工藝進行了初探。而后與溶膠凝膠法對比,研究了兩種合成方法對LiFePO4/C材料形貌和性能的影響,結(jié)果表明,噴霧干燥法制備LiFePO4/C材料具有規(guī)整的球形形貌和更好的電性能。其次,以噴霧干燥法為主要研究對象,分析了燒結(jié)溫度對LiFePO4/C電性能的影響,發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體在600℃或700℃下燒結(jié)10小時得到的LiFePO4/C性能較好。第二部分中,尋找高比容量,安全穩(wěn)定的鈉離子二次電池正極材料是主要的研究內(nèi)容。NaFePO4擁有磷酸鹽系列鈉離子二次電池正極材料中最高的理論比容量,且有兩種不同的晶型(磷鐵鈉礦型和橄欖石型)。沿用第一部分中的方法,成功合成了磷鐵鈉礦型NaFePO4,發(fā)現(xiàn)所得材料在充放電循環(huán)時容量呈上升趨勢。而后又通過電化學(xué)方法成功制備了橄欖石型NaFePO4,并對其電化學(xué)行為進行了研究。Na2FeP2O7是一種新型的鈉離子二次電池正極材料。采用HEDP作為螯合劑和磷源,通過噴霧干燥法制備該材料,并利用XRD、Rietveld精修、傅里葉變換紅外光譜、電感耦合等離子體光譜等方法對材料進行了表征。其次,以固相法為參照,比較了兩種合成方法對其形貌和電性能的影響。此外還討論了不同碳含量對Na2FeP2O7/C電性能的影響,結(jié)果表明,在加入蔗糖量在鈉碳摩爾比為1：2時,Na2FeP2O7/C具有最好的倍率性能,并在此基礎(chǔ)上研究了其充放電原理。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子二次電池正極材料 LiFePO_4 鈉離子二次電池正極材料 NaFePO_4 Na_2FeP_2O_7 噴霧干燥法
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋰離子二次電池的工作原理及優(yōu)缺點12-14
• 1.3 鋰離子二次電池正極材料簡述14-18
• 1.3.1 鋰離子二次電池正極材料的選擇14
• 1.3.2 鋰離子二次電池正極材料的研究進展14-18
• 1.4 LiFePO_4正極材料18-24
• 1.4.1 LiFePO_4的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.4.2 LiFePO_4的電化學(xué)反應(yīng)機理19-21
• 1.4.3 LiFePO_4的改性研究21-22
• 1.4.4 LiFePO_4的制備方法22-24
• 1.5 鈉離子二次電池正極材料簡述24-27
• 1.5.1 鈉離子二次電池正極材料的分類24-26
• 1.5.2 鈉離子二次電池正極材料研究進展26-27
• 1.6 論文的選題思路和工作內(nèi)容27-28
• 第二章 實驗方法28-32
• 2.1 實驗試劑和儀器28-29
• 2.1.1 實驗試劑28-29
• 2.1.2 實驗儀器29
• 2.2 正極材料的表征29-30
• 2.3 正極材料的電性能測試30-32
• 2.3.1 電池組裝30-31
• 2.3.2 充放電測試31
• 2.3.3 循環(huán)伏安法(CV)31-32
• 第三章 LiFePO_4/C正極材料的制備與研究32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 LiFePO_4/C正極材料的制備32-33
• 3.3 制備工藝的初步選擇33-36
• 3.3.1 燒結(jié)溫度的選擇33-35
• 3.3.2 燒結(jié)氣氛的選擇35-36
• 3.4 不同方法對LiFePO_4/C形貌和電性能的影響36-42
• 3.5 燒結(jié)溫度對電性能的影響42-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第四章 NaFePO_4/C正極材料的制備與研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 磷鐵鈉礦型NaFePO_4/C的制備和研究47-52
• 4.2.1 磷鐵鈉礦型NaFePO_C/C的制備47-48
• 4.2.2 磷鐵鈉礦型NaFePO_4/C的表征48-50
• 4.2.3 磷鐵鈉礦型NaFePO_4/C的電化學(xué)性能測試50-52
• 4.3 橄欖石型NaFePO_4/C的制備和研究52-56
• 4.3.1 橄欖石型NaFePO_4/C的制備53
• 4.3.2 橄欖石型NaFePO_C/的表征53-54
• 4.3.3 橄欖石型NaFePO_4/C的電化學(xué)性能測試54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第五章 Na_2FeP_2O_7/C正極材料的制備與研究58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 Na_2FeP_2O_7/C的制備與研究58-60
• 5.2.1 高溫固相法制備Na_2FeP_2O_7/C58-59
• 5.2.2 噴霧干燥法制備Na_2FeP_2O_7/C59-60
• 5.3 Na_2FeP_2O_7/C材料的表征60-65
• 5.3.1 Na_2FeP_2O_7/C晶相的分析60-63
• 5.3.2 Na_2FeP_2O_7/C形貌的分析63-65
• 5.4 Na_2FeP_2O_7/C電性能的分析65-69
• 5.4.1 不同合成方法對電性能的影響65-66
• 5.4.2 不同含碳量對噴霧干燥法制備的Na_2FeP_2O_7/C性能的影響66-68
• 5.4.3 Na_2FeP_2O_7/C的充放電原理分析68-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 參考文獻72-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)成果81-82
• 致謝82-83

【共引文獻】

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本文編號：1099493