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LiFePO4正极材料改性及工艺优化研究

2020-11-29阅读(633)

LiFePO4正极材料改性及工艺优化研究

论文摘要

橄榄石型LiFePO4锂电池正极材料具有价廉、比容量高（170mAh/g）、循环稳定性和热稳定好等显著特点。但LiFePO4极低的本征电子电导率和锂离子扩散系数严重限制其电化学性能,限制了应用。本文选取导电性良好的乙炔黑作为碳源合成LiFePO4/C材料,选取Mg（CH3COO）2掺杂合成LiFe0.9Mg0.1PO4和LiFe0.9Mg0.1PO4/C材料对LiFePO4进行改性研究。用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、激光粒度分析仪、循环伏安（CV）和恒流充放电测试等方法对其物相结构、表观形貌和电化学性能进行表征和分析。研究了高温固相反应的温度和烧结时间对材料放电容量的影响,以二次煅烧700℃,8h烧结获得的材料具有较高容量。在此基础上,为了提高放电容量和提高生产效率实现连续化生产,论文提出改进高温固相反应法,采用高速剪切分散法替代传统球磨分散工艺,并对该工艺进行了优化研究,其中以三次剪切处理和25min分散获得的材料粒径最小,放电容量和循环性能较优。通过掺入不同含量的乙炔黑和蔗糖,合成了不同含碳量的LiFePO4/C复合正极材料。合成的材料测试表明都为正交晶系橄榄石型结构LiFePO4,粒径分别在300nm和400nm左右。0.1C倍率下,以5%乙炔黑的掺入量的材料获得了较高的放电比容量153mAh/g,0.5C和1C放电时,其放电比容量分别达到130mAh/g和122mAh/g,50次充放电容量不衰减。由于蔗糖裂解后形成的无定形碳导电率较差,因此随蔗糖加入量的增加放电容量逐渐下降。选取Mg（CH3COO）2合成的LiFe0.9Mg0.1PO4试样和LiFe0.9Mg0.1PO4/C,测试结果表明合成的材料仍为正交晶系橄榄石结构LiFePO4。通过掺杂,LiFe0.9Mg0.1PO4电导率提高20倍,而通过掺杂和碳包覆共同作用,LiFe0.9Mg0.1PO4/C的电导率大幅提高,呈现6个数量级的增长。大电流5C放电时,合成的LiFe0.9Mg0.1PO4/C材料仍然具有较高的放电比容量62mAh/g,且循环性能较好。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 锂离子电池的产生与发展
  • 4正极材料概述'>1.2 LiFePO4正极材料概述
  • 4的结构'>1.2.1 LiFePO4的结构
  • 4的电化学性能'>1.2.2 LiFePO4的电化学性能
  • 4的稳定性'>1.3 橄榄石结构LiFePO4的稳定性
  • 4的热稳定性'>1.3.1 LiFePO4的热稳定性
  • 4的循环稳定性'>1.3.2 LiFePO4的循环稳定性
  • 4的稳定性分析'>1.3.3 LiFePO4的稳定性分析
  • 4的电化学改进'>1.4 LiFePO4的电化学改进
  • 4的表面包覆'>1.4.1 LiFePO4的表面包覆
  • 4的掺杂改性研究'>1.4.2 LiFePO4的掺杂改性研究
  • 4颗粒尺寸'>1.4.3 缩减LiFePO4颗粒尺寸
  • 1.5 本论文的研究目的及主要内容
  • 第2章 实验材料及方法
  • 2.1 实验主要原料及设备
  • 2.2 材料制备
  • 2.3 材料表征
  • 2.3.1 X射线衍射（XRD）分析
  • 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）分析
  • 2.3.3 激光粒度测试
  • 2.3.4 电导率测定
  • 2.4 电化学性能测试
  • 2.4.1 电极的制备
  • 2.4.2 模拟电池的组装
  • 2.4.3 电化学性能测试
  • 2.4.4 样品放电比容量的计算
  • 4材料的合成研究与工艺优化'>第3章 LiFePO4材料的合成研究与工艺优化
  • 3.1 引言
  • 4的制备'>3.2 LiFePO4的制备
  • 3.2.1 煅烧温度对合成材料的影响
  • 3.2.2 煅烧时间对合成材料的影响
  • 3.3 合成材料分散工艺的改进
  • 3.3.1 不同分散次数对合成材料的影响
  • 3.3.2 不同分散时间对合成材料的影响
  • 3.4 本章小结
  • 4的碳包覆改性'>第4章 LiFePO4的碳包覆改性
  • 4.1 引言
  • 4/C材料的制备'>4.2 LiFePO4/C材料的制备
  • 4/C材料'>4.2.1 乙炔黑为碳源制备LiFePO4/C材料
  • 4/C材料'>4.2.2 蔗糖为碳源制备LiFePO4/C材料
  • 4/C材料的表征'>4.3 LiFePO4/C材料的表征
  • 4/C材料的性能X射线衍射分析'>4.3.1 LiFePO4/C材料的性能X射线衍射分析
  • 4/C材料的性能微观形貌分析'>4.3.2 LiFePO4/C材料的性能微观形貌分析
  • 4/C材料的电化学性能测试'>4.4 LiFePO4/C材料的电化学性能测试
  • 4/C材料的循环伏安曲线测试'>4.4.1 LiFePO4/C材料的循环伏安曲线测试
  • 4/C材料的充放电性能测试'>4.4.2 LiFePO4/C材料的充放电性能测试
  • 4/C材料的倍率放电测试'>4.4.3 LiFePO4/C材料的倍率放电测试
  • 4.5 本章小结
  • 4的离子掺杂改性'>第5章 LiFePO4的离子掺杂改性
  • 5.1 引言
  • 0.9Mg0.1PO4与LiFe0.9Mg0.1PO4/C材料的合成'>5.2 LiFe0.9Mg0.1PO4与LiFe0.9Mg0.1PO4/C材料的合成
  • 0.9Mg0.1PO4与LiFe0.9Mg0.1PO4/C的表征'>5.3 LiFe0.9Mg0.1PO4与LiFe0.9Mg0.1PO4/C的表征
  • 5.3.1 合成材料X射线衍射测试
  • 5.3.2 合成材料SEM测试
  • 0.9Mg0.1PO4、LiFe0.9Mg0.1PO4/C电化学性能测试'>5.4 LiFe0.9Mg0.1PO4、LiFe0.9Mg0.1PO4/C电化学性能测试
  • 5.4.1 合成材料循环伏安测试
  • 5.4.2 合成材料电导率测试
  • 5.4.3 合成材料的充放电性能测试
  • 5.4.4 合成材料的倍率放电测试
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

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