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动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能研究

2020-12-11阅读(743)

动力锂离子电池正极材料磷酸铁锂的电化学性能研究

论文摘要

随着动力电池和储能电池产业的飞速发展,人们对锂离子电池的使用寿命和安全性能提出了更高的要求。相对其它传统正极材料,磷酸铁锂材料具有循环性能好和安全性能高这两大显著特点,因此成为动力和储能锂离子电池首选的正极材料,引起了人们广泛的关注和研究。但是,磷酸铁锂材料仍然存在着高温循环容量衰减,电子电导率和离子扩散速率低等问题,从而制约了磷酸铁锂材料及其电池的进一步发展和应用。本论文以改善磷酸铁锂材料和电池的电化学性能为目标,分别采用修复包覆,多元掺杂和高温化成的方法来改善磷酸铁锂材料及其电池的电化学性能。具体研究内容包括以下三部分：（1）针对橄榄石型磷酸铁锂材料高温循环容量衰减的问题,本论文采用AlPO4内米颗粒对LiFePO4/C材料进行选择性的修复包覆。由实验结果可知,AIPO4修复包覆能够降低LiFePO4/C材料在LiPF6电解液体系中因酸蚀而溶Fe2+的现象,从而改善LiFePO4/C材料的高温循环性能,并且对LiFePO4/C材料的安全性能没有造成不利影响。（2）针对橄榄石型磷酸铁锂材料电子电导率和离子扩散速率低的问题,本论文采用采用碳热还原法制备LiFePO4/C材料,并进行Ti元素锂位和Mn元素铁位共掺杂。由实验结果可知,Ti+Mn共掺的协同作用能够改善LiFePO4/C材料的电子电导率和锂离子扩散速率,从而改善LiFePO4/C材料的倍率和循环等电化学性能。（3）针对电池SEI膜质地影响锂离子电池电化学性能发挥的问题,本论文采用高温化成工艺对磷酸铁锂电池进行激活化成。由实验结果可知,高温化成能够提高石墨负极SEI膜的抗热冲击稳定性,从而改善磷酸铁锂电池的高温循环性能,并且不影响电池的常温循环性能。

论文目录

  • 学位论文数据集
  • 摘要
  • Abstract
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池简介
  • 1.2.1 锂离子电池的发展
  • 1.2.2 锂离子电池的特点
  • 1.2.3 锂离子电池的工作原理
  • 1.2.4 锂离子电池的基本结构
  • 1.3 锂离子电池的研究进展
  • 1.3.1 负极材料
  • 1.3.2 电解液
  • 1.3.3 隔膜
  • 1.3.4 正极材料
  • 4）的研究进展'>1.4 橄榄石型正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）的研究进展
  • 4的结构'>1.4.1 LiFePO4的结构
  • 4的充放电机理'>1.4.2 LiFePO4的充放电机理
  • 4的性能特点'>1.4.3 LiFePO4的性能特点
  • 4的制备方法'>1.4.4 LiFePO4的制备方法
  • 4的应用'>1.4.5 LiFePO4的应用
  • 4的问题'>1.4.6 LiFePO4的问题
  • 4的改性研究'>1.4.7 LiFePO4的改性研究
  • 1.5 选题依据和研究内容
  • 第二章 实验部分
  • 2.1 实验试剂
  • 2.2 实验仪器
  • 2.3 电池组装和测试
  • 2.3.1 CR2032扣式电池的组装
  • 2.3.2 14500型电池的组装
  • 2.3.3 恒流充放电测试
  • 2.3.4 交流阻抗测试
  • 2.4 安全实验
  • 2.4.1 热箱实验
  • 2.4.2 过充实验
  • 2.4.3 短路实验
  • 2.4.4 穿针实验
  • 2.5 材料表征
  • 2.5.1 热重-差热（TG-DTA）分析
  • 2.5.2 热重-质谱联用（TG-MS）分析
  • 2.5.3 X射线衍射（XRD）分析
  • 2.5.4 碳氢元素分析
  • 2.5.5 电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）分析
  • 2.5.6 比表面（BET）分析
  • 2.5.7 扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）分析
  • 2.5.8 高分辨透射电镜（HR-TEM）分析
  • 4/C材料的研究'>第三章 磷酸铝修复包覆LiFePO4/C材料的研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验方法
  • 3.3 结果与讨论
  • 4/C和LiFePO4/C-AlPO4材料的表征'>3.3.1 LiFePO4/C和LiFePO4/C-AlPO4材料的表征
  • 4/C-AlPO4材料的电化学性能分析'>3.3.2 LiFePO4/C-AlPO4材料的电化学性能分析
  • 4/C-AlPO4材料的安全实验分析'>3.3.3 LiFePO4/C-AlPO4材料的安全实验分析
  • 3.4 本章小结
  • 4/C材料的研究'>第四章 Ti+Mn多元掺杂LiFePO4/C材料的研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验方法
  • 4/C材料的制备'>4.2.1 LiFePO4/C材料的制备
  • 0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料的制备'>4.2.2 Li0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料的制备
  • 4.3 结果和讨论
  • 4/C材料制备工艺条件的考察'>4.3.1 LiFePO4/C材料制备工艺条件的考察
  • 0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料制备工艺条件的考察'>4.3.2 Li0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料制备工艺条件的考察
  • 4/C与Li0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料的表征'>4.3.3 LiFePO4/C与Li0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料的表征
  • 4/C与Li0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料电化学性能的比较'>4.3.4 LiFePO4/C与Li0.99Ti0.01Fe0.99Mn0.01PO4/C材料电化学性能的比较
  • 4.4 本章小结
  • 4/MCMB电池的研究'>第五章 高温化成LiFePO4/MCMB电池的研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验方法
  • 5.3 结果和讨论
  • 4/MCMB电池性能的影响'>5.3.1 化成工艺对LiFePO4/MCMB电池性能的影响
  • 4/MCMB电池交流阻抗分析'>5.3.2 LiFePO4/MCMB电池交流阻抗分析
  • 4/MCMB电池石墨负极SEM分析'>5.3.3 LiFePO4/MCMB电池石墨负极SEM分析
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 创新点
  • 6.3 展望
  • 参考文献
  • 研究成果及发表的学术论文
  • 致谢
  • 作者及导师简介

    • 相关论文文献

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