沉淀法合成磷酸铁锂/碳复合材料的研究

论文摘要

最具发展优势的锂离子二次电池正极材料LiFePO4,因具有原料来源广泛,热稳定好,环境友好等优点而倍受关注,近年来的大量研究也取得了一定的进展。然而LiFePO4的电导率及锂离子扩散系数较低,较大地限制了LiFePO4的电化学性能。随着近年来对LiFePO4的研究越来越多,它的合成工艺和性能均取得了丰硕的成果。本文在以往研究的基础上继续对LiFePO4的合成过程进行研究,分别采用不同的沉淀法合成了LiFePO4/C复合材料,比较不同方法合成的磷酸铁锂的优缺点,并且对氧化沉淀法的合成工艺进行优化研究。材料的电化学性能会直接受到合成方法的影响。共沉淀法可通过控制材料的化学组成和颗粒大小,制备均匀分散的颗粒,与固相法相比对材料电化学性能的提高有很大帮助。因为水溶液中的沉淀反应不同导致不同的沉淀途径合成LiFePO4/C的性能也有较大差异。本文采用H2O2氧化沉淀法和NaOH调节pH沉淀法来合成目标产物。H2O2氧化沉淀法合成过程较为容易且合成材料的容量较高,但由于H2O2自身的不稳定性,导致合成材料具有批量生产不稳定且合成材料的振实密度较低。NaOH调节pH沉淀可以使其获得较高的振实密度,但由于在沉淀pH范围内,容易生成杂质沉淀,因此合成目标产物容量不高。此外,通过充放电性能测试和物化性能测试对H2O2氧化沉淀法合成LiFePO4/C的工艺参数进行了初步的优化研究,选择工艺条件为:双氧水用量为理论用量的0.98倍,即n（H2O2）:n（FeSO4）=0.49:1;溶液浓度为0.5 mol/L;搅拌时间为6h;水浴温度为50℃;掺葡萄糖量为16%;煅烧温度为650℃。对所选条件下制备的材料进行XRD、SEM等性能测试后,得出该材料为橄榄石结构,具有较好的充放电容量和倍率循环性能,颗粒细小均匀,粒度分布窄,前躯体D50为1.288μm,目标材料D50为0.995μm。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池概述
• 1.2.1 锂离子电池的产生和发展
• 1.2.2 锂离子电池的基本原理
• 1.2.3 锂离子电池的结构和组成
• 1.2.4 锂离子电池的特点
• 1.3 锂离子电池正极材料研究现状
• 1.3.1 Li-Co-O
• 1.3.2 Li-Ni-O
• 1.3.3 Li-Mn-O
• 1.3.4 Li-Ni-Co-Mn-O 型
• 4'>1.3.5 LiFePO₄
• 1.3.6 其他正极材料
• 4/C 复合正极材料的合成方法'>1.4 LiFePO₄/C 复合正极材料的合成方法
• 1.4.1 固相法
• 1.4.2 沉淀法
• 1.4.3 溶胶凝胶法
• 1.4.4 水热合成法
• 1.4.5 碳热还原法
• 1.4.6 其他方法
• 4 材料存在的问题和改性研究进展'>1.5 LiFePO₄材料存在的问题和改性研究进展
• 1.6 选题依据和研究内容
• 2 实验
• 2.1 主要化学试剂
• 2.2 主要的实验设备
• 2.3 实验的工艺流程图
• 2.4 试验步骤
• 2.4.1 材料的制备
• 2.4.2 模拟电池的制备
• 2.4.3 充放电测试
• 2.4.4 材料的物性表征
• 3 不同的合成工艺合成目标产物及对比
• 4/C 的途径概述'>3.1 共沉淀合成LiFePO₄/C 的途径概述
• 3.1.1 加入碱调节pH 沉淀
• 2O₂ 氧化沉淀法'>3.1.2 H₂O₂氧化沉淀法
• 3.1.3 一步沉淀法
• 3.2 试验工艺选择
• 2O₂ 氧化沉淀'>3.2.1 H₂O₂氧化沉淀
• 3.2.2 NaOH 调节pH 沉淀
• 3.3 两种沉淀工艺的对比
• 3.3.1 工艺流程和使用沉淀剂对比
• 3.3.2 两种工艺合成材料性能对比
• 3.4 本章小结
• 4/C 的条件优化'>4 氧化沉淀法制备 LiFePO₄/C 的条件优化
• 4.1 前躯体合成条件的选择
• 2O₂ 的用量'>4.1.1 H₂O₂的用量
• 4.1.2 溶液浓度的选择
• 4.1.3 水浴温度的选择
• 4.1.4 搅拌时间的选择
• 4/C 复合材料的合成条件研究'>4.2 LiFePO₄/C 复合材料的合成条件研究
• 4.2.1 加入葡萄糖量的选择
• 4.2.2 烧结温度的选择
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录