锂离子电池正极材料LiFePO4的微波合成与其改性研究

论文摘要

当今能源和环境问题日渐突出,同时随着科技的迅猛发展对电池的性能提出了更高的要求。LiFePO4作为新一代的锂离子电池正极材料,因其结构稳定、来源广泛、价格低廉、安全性能好、对环境无污染、理论容量高等优点而成为目前各国的研究热点。电子电导率低和锂离子扩散速率慢是影响LiFePO4性能的主要因素,本文采取新的碳源和高价金属阳离子掺杂等手段对LiFePO4进行了微波合成与改性,得到了具有优异电化学性能的LiFePO4复合正极材料。利用XRD、SEM和TEM等测试方法对正极材料的相组成和微观形貌进行了分析,组装扣式电池后,采用恒流充放电技术测试其电化学性能。以柠檬酸为碳源合成的LiFePO4/C正极材料,当添加10wt%柠檬酸时材料的电化学性能最好,在0.1C倍率下首次放电比容量最高,达到141.63mAh·g-1,10次循环后比容量保持在134.33 mAh·g-1,仅损失5.16%;在0.3C和1C倍率下的首次放电比容量分别为116.54mAh·g-1和87.21mAh·g-1,循环性能较好。以PAM为碳源合成的LiFePO4/C正极材料,当添加5wt%PAM时在0.1C倍率下的首次放电比容量最高,为150.22mAh·g-1,循环10次后放电比容量为104.71mAh·g-1,容量衰减较多。在0.3C和1C倍率下的首次放电比容量分别为95.15mAh·g-1和57.21mAh·g-1,其高倍率放电容量和循环性能都不是很好。以TiO2为金属离子添加物合成了LiFePO4/Ti4+正极材料,当掺杂1%Ti4+时样品的性能最佳,在0.1C倍率下的首次放电比容量为123.08 mAh·g-1,第10次循环的放电比容量为116.63mAh·g-1;在0.3C和1C倍率下的首次放电比容量分别为97.92mAh·g-1和59.38mAh·g-1,循环性能良好。合成了LiFePO4/（C+Ti4+）复合正极材料,以添加5%柠檬酸和掺杂1%Ti4+的样品的电化学性能最好,在0.1C下的首次放电比容量为138.52 mAh·g-1,循环10次后放电比容量为129.42mAh·g-1;在0.3C和1C倍率下的首次放电比容量分别为114.95mAh·g-1和102.39mAh·g-1,循环性能稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 锂离子电池的组成与工作原理
• 4'>1.3 锂离子电池正极材料LiFePO₄
• 1.3.1 锂离子电池正极材料的选择
• 4作为锂离子电池正极材料的优缺点'>1.3.2 LiFePO₄作为锂离子电池正极材料的优缺点
• 4的结构与特点'>1.3.3 LiFePO₄的结构与特点
• 4的充放电机理及其电化学性能'>1.3.4 LiFePO₄的充放电机理及其电化学性能
• 4的合成与制备方法'>1.3.5 LiFePO₄的合成与制备方法
• 4材料存在的问题和解决途径'>1.4 LiFePO₄材料存在的问题和解决途径
• 1.4.1 存在的主要问题
• 1.4.2 解决途径
• 1.5 本课题的研究内容和创新点
• 第二章 实验过程与研究方法
• 2.1 实验原料和仪器
• 4材料的微波合成'>2.2 LiFePO₄材料的微波合成
• 2.3 扣式电池的组装
• 2.3.1 电池正极片的制备
• 2.3.22430 型扣式电池的装配工艺
• 4材料性能的表征和测试方法'>2.4 LiFePO₄材料性能的表征和测试方法
• 2.4.1 差热分析法
• 2.4.2 X射线衍射分析（XRD）
• 2.4.3 SEM扫描电镜分析
• 2.4.4 TEM透射电镜分析
• 2.4.5 电化学性能测试
• 2.4.6 电池材料理论容量的计算
• 2.4.7 粉体比表面积测试
• 第三章 实验结果与讨论
• 4复合材料的微波合成与性能研究'>3.1 碳包覆LiFePO₄复合材料的微波合成与性能研究
• 4/C的微波合成与性能研究'>3.1.1 柠檬酸为碳源LiFePO₄/C的微波合成与性能研究
• 3.1.1.1 差热分析
• 3.1.1.2 XRD分析
• 3.1.1.3 SEM分析
• 3.1.1.4 TEM分析
• 3.1.1.5 电化学性能分析
• 4/C的微波合成与性能研究'>3.1.2 PAM为碳源LiFePO₄/C的微波合成与性能研究
• 3.1.2.1 XRD分析
• 3.1.2.2 SEM分析
• 3.1.2.3 电化学性能分析
• 4+的LiFePO₄复合材料的微波合成与性能研究'>3.2 掺杂Ti⁴⁺的LiFePO₄复合材料的微波合成与性能研究
• 3.2.1 XRD分析
• 3.2.2 SEM分析
• 3.2.3 电化学性能分析
• 4/(C+Ti⁴⁺)材料的微波合成与性能研究'>3.3 复合掺杂LiFePO₄/(C+Ti⁴⁺)材料的微波合成与性能研究
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 SEM分析
• 3.3.3 电化学性能分析
• 3.4 比表面积分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢