锂离子电池正极材料LiFePO4/C的合成新方法及性能研究

论文摘要

锂离子电池因其能量密度高、工作电压平稳、体积小、质量轻、功率大、循环寿命长、自放电率低、无污染、无泄漏、无记忆效应及使用时间长等众多优点,成为21世纪发展的最理想的能源。目前,锂离子电池发展的瓶颈之一就是正极材料,锂离子电池不但要求正极材料要有较高的比容量、良好的充放电性能和循环性能,而且价格也是不能忽视的一个重要因素。铁基化合物不仅价格低廉、并且原料储量非常丰富,最大优点是无毒,这些都促使电池界掀起了对铁系正极材料的深入研究。在铁的磷酸盐系列的化合物中,LiFePO4具有较高的理论比容量（170 mAh/g）和能量密度（550 Wh/kg）,而且放电电压高（3.5 V）,是极具发展前景的绿色环保的新能源。本论文主要研究了锂离子电池正极材料LiFePO4/C的合成新方法及其性能,考察了各因素对制备LiFePO4/C的性能的影响,优化了合成LiFePO4/C的各项工艺条件。研究的主要内容和结果如下:1,采用基于电解合成流变相法制得LiFePO4前躯体,经喷雾干燥造粒,高温焙结后得到锂离子电池正极材料LiFePO4/C,通过X射线衍射（X-Ray Diffraction）分析了所得产物的结构晶型;扫描电镜（Scanning Electron Microscope）观察了产物的形貌;充放电测试系统表征了合成材料的比容量和循环性能。结果表明,采用基于电解合成流变相法合成的LiFePO4/C颗粒更加均匀,电化学性能较好,室温时以0.1 C倍率充放电,其放电比容量可达到145.9 mAh/g,循环测试40次后,容量衰减不到2%。2,以富含植物蛋白的豆浆为碳源,以FePO4·4H2O和LiOH·H2O为原料,采用流变相的方法合成得到平均粒径约200 nm土豆形或球形,表面光滑均匀,结晶良好的LiFePO4/C正极材料。LiFePO4/C样品在0.1 C倍率首次放电比容量达到156.3 mAh/g,首次充放电效率达到98.7%;循环40次以后,放电比容量为149 mAh/g,电池容量保持率为95%以上,充放电效率接近100%, 2 C倍率下放电比容量保持在125 mAh/g,表现出良好的倍率性能和循环稳定性,具有潜在的工业应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 锂离子电池概述
• 1.3 锂离子电池正极材料
• 4 的研究进展'>1.4 橄榄石型正极材料LiFePO₄的研究进展
• 4 的结构特征与电化学性能'>1.5 橄榄石型LiFePO₄的结构特征与电化学性能
• 4 的制备方法'>1.6 橄榄石型LiFePO₄的制备方法
• 4 的改性研究'>1.7 LiFePO₄的改性研究
• 1.8 选题依据和研究内容
• 参考文献
• 4正极材料的研究'>第二章 基于电解合成流变相法制备LiFePO₄正极材料的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 小结
• 参考文献
• 4正极材料的合成及性能'>第三章 一种新碳源包覆的LiFePO₄正极材料的合成及性能
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.3 分析与表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢