首页> 正文

锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能研究

2020-11-22阅读(250)

锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能研究

论文摘要

橄榄石型LiFePO4因理论比容量高、价格低廉、对环境友好、循环性能优良、安全性能突出等优点而被认为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO4因电子电导率极低而造成可逆容量低,大电流充放电性能差。针对这种情况,人们尝试采取减小材料颗粒尺寸,添加导电剂,掺杂金属离子等措施来改善LiFePO4的性能,目前取得了一定的进展。 本文以寻求性能达到商业化应用需求的LiFePO4作为研究的目的。采用水热法合成了LiFePO4、Li（Mn,Fe）PO4、Li（Co,Fe）PO4、Li（Ni,Fe）PO4及相应的经高温碳包覆的复合材料。用一步高温固相法合成了LiFePO4/C及（Li,Nb）FePO4/C复合材料。利用XRD、SEM、TEM、Rietveld Refinement拟合等技术对产物的微观结构和形貌进行了分析。采用恒流充放电、循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）技术测试其电化学性能。对水热合成和固相合成的LiFePO4/C存在的性能差别作了研究。系统研究了合成工艺条件对产物电化学性能的影响。 以FeSO4、H3PO4和LiOH为原料,用水热合成法制备纯度高、结晶好、颗粒分布均匀且细小的LiFePO4粉体。分析了合成温度和时间对产物LiFePO4的形貌和电化学性能的影响。研究表明,晶体生长完整、颗粒小的LiFePO4具有较好的电化学性能。在本文的实验条件下,150℃、5h合成的LiFePO4具有最好的电化学性能。对水热法合成LiFePO4反应机理的研究表明,要得到单相的LiFePO4,必须先将LiOH和H3PO4混合,形成中间产物Li3PO4,再与Fe2+反应才能得到单相的LiFePO4。利用聚丙烯高温裂解对水热合成产物进行碳包覆制备了LiFePO4/C复合材料。最佳的包覆温度为550℃,在此条件下得到几乎球形化的LiFePO4/C复合材料。在以0.05C和0.1C充放电时,LiFePO4/C正极材料的初始放电容量达到162mAhg-1和159mAhg-1,接近理论容量。但大电流放电性能离实际应用仍有较大的距离。 用水热法对合成了Mn、Co、Ni分别掺杂的LiMnxFe1-xPO4、LiCoxFe1-xPO4、LiNixFe1-xPO4及其高温碳包覆的复合材料。对掺杂的最佳合成工艺和最佳掺杂量都进行了探索。结果发现,Mn的掺杂在一定程度上改善了LiFePO4正极材料的性能,170℃、3h合成的LiMn0.15Fe0.85PO4的比容量比纯LiFePO4高出约17%。但经碳包覆之后,大电流充放电性能提高幅度不大。镍的最佳掺杂量为5%,160℃、3h水热合成LiNi0.05Fe0.95PO4的比容量比纯LiFePO4高33%。经碳包覆之后,1C放电放容量达到130mAhg-1。镍掺杂能明显改善LiFePO4/C的循环寿命,经1C充放电100次后,容量不仅没有减少反而提高。钴掺杂之后,无论包覆与否LiFePO4/C的电化学性能没有提高。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 研究背景和课题的提出
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 锂离子电池简史
  • 1.3 锂离子电池的基本结构及原理
  • 1.4 锂离子电池的特点
  • 1.5 锂离子电池电极材料及电解质
  • 1.5.1 负极材料
  • 1.5.2 电解液
  • 1.5.3 锂离子电池正极材料及研究现状
  • 4的研究进展'>1.6 橄榄石型正极材料LiFePO4的研究进展
  • 4的结构及电化学作用机理'>1.6.1 LiFePO4的结构及电化学作用机理
  • 4制备方法'>1.6.2 LiFePO4制备方法
  • 4正极存在问题及改进方法'>1.6.3 LiFePO4正极存在问题及改进方法
  • 4(M=Mn，Co，Ni，MnyFe1-y)的研究进展'>1.7 LiMPO4(M=Mn，Co，Ni，MnyFe1-y)的研究进展
  • 4、LiCoPO4及LiNiPO4正极材料'>1.7.1 LiMnPO4、LiCoPO4及LiNiPO4正极材料
  • yFe1-yPO4正极材料'>1.7.2 LiMnyFe1-yPO4正极材料
  • 1.8 选题依据和主要研究内容
  • 第二章 实验方法与仪器
  • 2.1 材料合成
  • 2.1.1 材料合成原料
  • 4的水热法合成'>2.1.2 LiFePO4的水热法合成
  • xFe1-xPO4的水热法合成'>2.1.3 LiMnxFe1-xPO4的水热法合成
  • xFe1-xPO4的水热法合成'>2.1.4 LiCoxFe1-xPO4的水热法合成
  • xFe1-xPO4的水热法合成'>2.1.5 LiNixFe1-xPO4的水热法合成
  • 2.1.6 碳包覆复合材料的合成
  • 4／C复合材料的固相法一步合成'>2.1.7 LiFePO4／C复合材料的固相法一步合成
  • 1-5xNbxPO4／C复合材料的固相法合成'>2.1.8 Li1-5xNbxPO4／C复合材料的固相法合成
  • 2.2 材料表征
  • 2.2.1 物相分析
  • 2.2.2 表面形貌观察
  • 2.2.3 微观结构分析
  • 2.2.4 热重分析
  • 2.3 2.3 材料的电化学性能测试
  • 2.3.1 电极制备
  • 2.3.2 模拟电池装配
  • 2.3.3 电化学性能测试
  • 2.3.4 样品放电比容量的计算
  • 4正极材料的水热合成和碳包覆'>第三章 LiFePO4正极材料的水热合成和碳包覆
  • 3.1 引言
  • 4）'>3.2 水热法合成磷酸亚铁锂（LiFePO4）
  • 3.2.1 水热法合成磷酸亚铁锂的表征和形貌
  • 3.2.2 水热法合成磷酸亚铁锂的化学反应机理
  • 3.2.3 磷酸亚铁锂材料的热分析
  • 4）的电化学性能'>3.3 水热法合成磷酸亚铁锂（LiFePO4）的电化学性能
  • 3.3.1 水热法合成磷酸亚铁锂的容量测试
  • 3.3.2 水热法合成磷酸亚铁锂的循环伏安特性和循环寿命
  • 4／C复合材料的合成及电化学性能'>3.4 LiFePO4／C复合材料的合成及电化学性能
  • 3.4.1 碳包覆工艺及容量测试
  • 3.4.2 碳包覆后的循环伏安特性及寿命测试
  • 3.4.3 碳包覆前后电化学阻抗谱分析
  • 3.5 水热合成时采用快速冷却工艺试样的电化学性能
  • 3.6 本章小节
  • 4的水热合成'>第四章 Mn、Co、Ni掺杂LiFePO4的水热合成
  • 4.1 引言
  • xFe1-xPO4合成和表征及最佳掺杂量的确定'>4.2 LiMnxFe1-xPO4合成和表征及最佳掺杂量的确定
  • xFe1-xPO4的合成、表征及最佳掺杂量的确定'>4.3 LiCoxFe1-xPO4的合成、表征及最佳掺杂量的确定
  • xFe1-xPO4的合成和表征及最佳掺杂量的确定'>4.4 LiNixFe1-xPO4的合成和表征及最佳掺杂量的确定
  • 4.5 本章小结
  • 4／C的一步固相合成'>第五章 LiFePO4／C的一步固相合成
  • 5.1 引言
  • 4最佳合成温度的探索'>5.2 一步固相反应制备原位碳包覆LiFePO4最佳合成温度的探索
  • 4最佳合成时间的探索'>5.3 原位碳包覆LiFePO4最佳合成时间的探索
  • 4／C复合材料'>5.4 一步固相合成Nb掺杂LiFePO4／C复合材料
  • 4／C性能差异的原因探索'>5.5 水热法和固相法合成LiFePO4／C性能差异的原因探索
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 附录Ⅰ.博士生学习期间完成的论文与专利
  • 附录Ⅱ.致谢

    • 相关论文文献

    • [1].利用蛋白藻类制备生物碳及其电化学性能研究[J]. 山东化工 2020(13)
    • [2].植酸掺杂聚吡咯制备及电化学性能[J]. 工程塑料应用 2020(07)
    • [3].灰分对玉米芯基活性炭电化学性能的影响[J]. 现代化工 2020(05)
    • [4].不锈钢阳极氧化制备电极材料及其电化学性能[J]. 微纳电子技术 2020(09)
    • [5].载铂钴酸镧的制备与电化学性能[J]. 材料科学与工程学报 2016(06)
    • [6].气氛对钼酸铵分解的影响及产物的电化学性能[J]. 陕西科技大学学报 2017(03)
    • [7].硅烷热解制备纳米硅及电化学性能研究[J]. 化工新型材料 2017(06)
    • [8].储氢合金电化学性能影响因素的研究进展[J]. 金属功能材料 2009(05)
    • [9].时效时间对ZA35-1.35Si-0.3Zr合金组织及电化学性能的影响[J]. 兵器材料科学与工程 2020(01)
    • [10].石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能研究[J]. 应用化工 2020(02)
    • [11].镍锰酸锂形貌与电化学性能的研究[J]. 化工新型材料 2015(03)
    • [12].元素镓、锡、铋对牺牲阳极电化学性能的影响[J]. 腐蚀与防护 2013(09)
    • [13].Ga和Bi对Al-Zn-Sn牺牲阳极电化学性能的影响(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2011(07)
    • [14].添加钙对氢氧化镍结构和电化学性能的影响[J]. 科技情报开发与经济 2008(35)
    • [15].常压水解-离子交换法制备TiO_2负极材料及其电化学性能研究[J]. 人工晶体学报 2020(06)
    • [16].CC/MnO_2/LiMn_2O_4复合材料的制备及其电化学性能研究[J]. 精细化工中间体 2018(05)
    • [17].Mg-Co复合掺杂对LiFePO_4电化学性能的影响(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2012(S1)
    • [18].LiFePO_4/MWNTs/BC复合材料的制备及电化学性能[J]. 热加工工艺 2012(24)
    • [19].温度对磷酸钛介孔材料的制备及电化学性能的影响[J]. 湖南科技学院学报 2009(08)
    • [20].氮化硼复合石墨毡及其氧还原电极的电化学性能研究[J]. 成都大学学报(自然科学版) 2020(01)
    • [21].花状碳酸锰的制备及其电化学性能表征[J]. 广州化工 2020(07)
    • [22].活性炭/硫复合材料的制备及电化学性能研究[J]. 化工新型材料 2020(05)
    • [23].具有三维离子迁移通道的共混凝胶聚合物电解质及其电化学性能[J]. 高分子材料科学与工程 2019(10)
    • [24].锡碳复合材料的制备及其电化学性能研究[J]. 科技风 2018(06)
    • [25].聚苯胺/碳球复合材料的制备及其电化学性能研究[J]. 海峡科技与产业 2016(12)
    • [26].镁、锆离子掺杂磷酸铁锂的制备及其电化学性能[J]. 武汉工程大学学报 2017(05)
    • [27].磁场作用下煤系针状焦的制备与电化学性能[J]. 北京科技大学学报 2013(01)
    • [28].锗对Ni/Co电池负极材料链状Co-P电化学性能的影响(英文)[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2013(07)
    • [29].硫在不同碳载体材料中的电化学性能研究[J]. 电化学 2019(06)
    • [30].太西煤基新型功能炭材料的制备及其电化学性能[J]. 煤炭转化 2020(02)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5