LiFePO_4具有理論容量高、熱穩(wěn)定性能好、循環(huán)性能好以及環(huán)境友好等優(yōu)點,是目前商用動力鋰離子電池的主流正極材料之一。然而,低電子電導(dǎo)率和低鋰離子擴(kuò)散系數(shù)導(dǎo)致其倍率性能較差,嚴(yán)重制約其在大功率動力鋰離子電池中的應(yīng)用。本文采用石墨烯包覆和控制形貌的方法改善LiFePO_4的倍率性能,并通過離子摻雜的方法提升其能量密度�？疾炝耸┌擦炕蛱堪擦�、前驅(qū)體添加順序?qū)iFePO_4結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究內(nèi)容及取得的主要研究結(jié)果如下:(1)以自制氧化石墨和商用磷酸鐵鋰為原料,采用表面活性劑輔助自組裝法合成LiFePO_4/石墨烯復(fù)合材料,探討了石墨烯添加量對LiFePO_4/石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在石墨烯添加量為6.2wt%時,復(fù)合材料表現(xiàn)出最佳電化學(xué)性能,在5 C倍率下,放電比容量為132.6 mAh·g~(-1),而LiFePO_4僅為87.5 mAh·g~(-1)。此外,LiFePO_4/石墨烯復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性,在5 C倍率下循環(huán)1000次后容量保持率達(dá)到82.6%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于LiFePO_4的49%。(2)以LiOH、FeSO_4和H_3PO_4為前驅(qū)體原料,采用乙二醇溶劑熱法制備LiFePO_4納米顆粒,考察了前驅(qū)體添加順序?qū)Ξa(chǎn)物結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)先將H_3PO_4溶液滴入FeSO_4溶液更易合成具有較短b軸的片狀LiFePO_4,且表現(xiàn)出更佳的電化學(xué)性能,其在0.2 C和5 C倍率下的放電比容量分別為157.3 mAh·g~(-1)和140.1 mAh·g~(-1)。在此基礎(chǔ)上,研究了炭包覆量對LiFePO_4結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)炭包覆可顯著提高LiFePO_4的電化學(xué)性能,且炭包覆量越高越有利于提升LiFePO_4的大電流充放電性能。(3)以LiOH、FeSO_4,、MnSO_4和H_3PO_4為前驅(qū)體原料,采用乙二醇溶劑熱法制備Mn摻雜LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4納米顆粒,并對其進(jìn)行了炭包覆處理。研究了前驅(qū)體添加順序?qū)Ξa(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,先將H_3PO_4滴入FeSO_4和MnSO_4混合溶液可以合成尺寸更小及更短b軸的LiFe_(0.5)Mn_(0.5)PO_4納米顆粒,并表現(xiàn)出更佳的電化學(xué)性能,且其在低電流密度下明顯提高了LiFePO_4的能量密度。同時研究了不同溶劑熱時間產(chǎn)物的XRD與SEM以闡述添加順序的影響的機(jī)理。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)
        1.2.2 鋰離子電池的工作原理
    1.3 鋰離子電池正極材料
        1.3.1 層狀結(jié)構(gòu)正極材料
        1.3.2 尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料
        1.3.3 聚陰離子正極材料
    1.4 磷酸鐵鋰的合成方法
        1.4.1 高溫固相法
        1.4.2 碳熱還原法
        1.4.3 微波合成法
        1.4.4 溶膠凝膠法
        1.4.5 水熱/溶劑熱法
        1.4.6 共沉淀法
    1.5 磷酸鐵鋰的改性方法
        1.5.1 表面修飾
        1.5.2 離子摻雜
        1.5.3 控制形貌和尺寸
    1.6 選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容
        1.6.1 選題依據(jù)
        1.6.2 主要研究內(nèi)容
第2章 材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能分析方法
    2.1 實驗儀器設(shè)備及原材料
        2.1.1 實驗原材料
        2.1.2 實驗儀器與設(shè)備
    2.2 材料表征方法
        2.2.1 X射線衍射分析
        2.2.2 熱重分析
        2.2.3 拉曼光譜分析
        2.2.4 氮氣吸脫附測試
        2.2.5 X射線光電子能譜分析
        2.2.6 掃描電子和透射電子顯微鏡分析
    2.3 電池的制備及電化學(xué)性能測試
        2.3.1 電池的制備
        2.3.2 恒電流充放電測試
        2.3.3 循環(huán)伏安測試
        2.3.4 交流阻抗測試
4/石墨烯復(fù)合正極材料的研究'>第3章 LiFePO₄/石墨烯復(fù)合正極材料的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗過程
        3.2.1 氧化石墨的制備
        3.2.2 表面活性劑輔助自組裝法合成LF/G復(fù)合正極材料
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 石墨烯添加量對LF/G復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響
        3.3.2 石墨烯添加量對LF/G復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響
        3.3.3 反應(yīng)機(jī)理的探討
    3.4 本章小結(jié)
4/C復(fù)合正極材料研究'>第4章 片狀LiFePO₄/C復(fù)合正極材料研究
    4.1 引言
    4.2 實驗過程
4正極材料'>        4.2.1 溶劑熱法合成片狀LiFePO₄正極材料
4/C復(fù)合正極材料的制備'>        4.2.2 片狀LiFePO₄/C復(fù)合正極材料的制備
    4.3 結(jié)果與討論
4/C復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響'>        4.3.1 前驅(qū)體添加順序?qū)iFePO₄/C復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響
4/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響'>        4.3.2 前驅(qū)體添加順序?qū)iFePO₄/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響
4/C復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響'>        4.3.3 炭包覆量對LiFePO₄/C復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響
4/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響'>        4.3.4 炭包覆量對LiFePO₄/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響
4/C復(fù)合正極材料的合成機(jī)理分析'>        4.3.5 片狀LiFePO₄/C復(fù)合正極材料的合成機(jī)理分析
    4.4 本章小結(jié)
0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料的研究'>第5章 片狀LiFe_0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料的研究
    5.1 引言
    5.2 實驗過程
0.5Mn_0.5PO₄正極材料'>        5.2.1 溶劑熱法合成片狀LiFe_0.5Mn_0.5PO₄正極材料
0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料的制備'>        5.2.2 片狀LiFe_0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料的制備
    5.3 結(jié)果與討論
0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響'>        5.3.1 前驅(qū)體添加順序?qū)iFe_0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)的影響
0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響..'>        5.3.2 前驅(qū)體添加順序?qū)iFe_0.5Mn_0.5PO₄/C復(fù)合正極材料電化學(xué)性能的影響..
0.5Mn_0.5PO₄/C的合成機(jī)理分析'>        5.3.3 片狀LiFe_0.5Mn_0.5PO₄/C的合成機(jī)理分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄A 攻讀碩士期間發(fā)表的論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉亞利;吳嬌楊;李泓;;鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅸ)——非水液體電解質(zhì)材料[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2014年03期

2 張玲玲;馬玉林;杜春雨;尹鴿平;;鋰離子電池高電壓電解液[J];化學(xué)進(jìn)展;2014年04期

本文編號：2889306