磷酸铁锂/三维碳骨架复合材料的制备及性能研究
发布时间：2021-03-02 02:48
近年来,随着电动汽车的迅猛发展,人们对锂离子动力电池能量密度以及动力供给提出了更高的需求。橄榄石型的磷酸铁锂因其优良的物化稳定性、较高的比容量(170 mAh g-1)、丰富的原料供应以及环境友好等优点,被认为是锂离子动力电池正极材料的最佳选择之一。然而,电子导电性差(10-910-10 S cm-1)和离子扩散速率慢(10-1210-14 cm2 S-1)这两个本征缺陷,严重阻碍了其大倍率性能的应用。本文着重研制了三维碳骨架与磷酸铁锂的复合材料,以期提高其电化学性能。主要研究内容如下:首先利用固相球磨将碳纳米管与磷酸铁锂前躯体混合到一起,借助碳纳米管构建三维碳骨架跟磷酸铁锂实现原位复合,并考察该复合材料的电性能。结果表明,碳纳米管的改性及引入不仅使材料的电荷转移阻抗由461Ω降至148Ω,而且还有效地抑制了高温结晶过程中杂质相的生成,改善材料锂离子扩散系数。0.1C倍...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种可充电蓄电池的体积比能量和质量比能量对比
锂离子电池的充放电过程是一个锂离子在正负极之间往返脱出嵌入的过程，在这个过程中实现了电能与化学能之间来回转化。锂二次电池的电化学反应主要是在正负极及电解液这三者之间进行，过程原理图如图1-2所示。具体过程如下：充电时，从正极中脱出的锂离子，经过非水相电解液和隔膜向负极转移并嵌入；放电时，在外来电场的驱动下，锂离子脱离负极，依然经过非水相电解液和隔膜向正极转移并嵌入。在整个充放电过程中，电池的充电电压要比放电电压高，这样才能保证这个可逆过程进行。电极的电化学反应可以用如下的方程式表示：正极材料的半反应： 2←chargedischarge→ 1 2 负极材料的半反应： ←chargedischarge→ 全反应： 2←chargedischarge→ i1 2
ePO4的橄榄石结构：灰色区域为 FeO6八面体，棕色区域为 PO4四面体维通道中[38]3 The olivine structure of LiFePO4: showing the FeO6octahedra (grey), PO4(brown), and the one-dimensional tunnels in which the lithium ions离子的存在让 LiFePO4拥有优异的结构和热力学稳定性，能够锂离子完全脱出/嵌入，使材料具备较高的理论比容量（170 mO4晶体结构中，与 P 共用一个氧原子的 Fe-O 键会被强作用的削弱，导致铁的 3 价和 2 价氧化还原对费米能级降低，从的电极电位。在电极化过程中，上述的诱导效应也使得材料的在 3.4 V 左右[39]。另外，因为 LiFePO4与 FePO4的晶体结构十变化不大（如表 1-1 所示），所以在充放电时 LiFePO4与 FeP的体积变化很小，强化了材料物理结构强度。当然，这种相转构相似性避免了锂离子脱嵌过程中的晶体重排，使 LiFePO4具性。但 LiFePO4也有着许多不可忽视的缺陷: 1）典型的混合导
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池富镍三元正极材料研究进展[J]. 刘磊,包珊珊,何欢,孙文仙,岳波,李峻峰. 电子元件与材料. 2017(12)
[2]锂离子电池的发展现状及展望[J]. 王鹏博,郑俊超. 自然杂志. 2017(04)
[3]尖晶石型LiMn2O4研究现状与发展[J]. 马鹏. 有色金属加工. 2016(06)
[4]水热制备不同形貌磷酸铁锂国内研究进展[J]. 崔云龙,刘玲娟,李嵩,孙俊才,孙承帅. 电源技术. 2016(11)
[5]锂离子电池三元正极材料的研究进展[J]. 张雪,王铨,张婷,易明明,马丽叶,米金辉,陈傲,张正国. 石油和化工设备. 2016(11)
[6]锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展分析[J]. 邹海平,彭家奕,李上奎,李博,王兵,朱敏峰. 世界有色金属. 2016(15)
[7]能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 李建林,田立亭,来小康. 电力系统自动化. 2015(23)
[8]锂离子电池层状正极材料的研究进展[J]. 杨世霞. 广东化工. 2012(18)
[9]橄榄石型正极材料LiMPO4研究进展[J]. 文衍宣,周震涛. 电源技术. 2004(01)
[10]锂离子电池的研究与发展[J]. 张胜利,余仲宝,韩周祥. 电池工业. 1999(01)
本文编号：3058452
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种可充电蓄电池的体积比能量和质量比能量对比
锂离子电池的充放电过程是一个锂离子在正负极之间往返脱出嵌入的过程，在这个过程中实现了电能与化学能之间来回转化。锂二次电池的电化学反应主要是在正负极及电解液这三者之间进行，过程原理图如图1-2所示。具体过程如下：充电时，从正极中脱出的锂离子，经过非水相电解液和隔膜向负极转移并嵌入；放电时，在外来电场的驱动下，锂离子脱离负极，依然经过非水相电解液和隔膜向正极转移并嵌入。在整个充放电过程中，电池的充电电压要比放电电压高，这样才能保证这个可逆过程进行。电极的电化学反应可以用如下的方程式表示：正极材料的半反应： 2←chargedischarge→ 1 2 负极材料的半反应： ←chargedischarge→ 全反应： 2←chargedischarge→ i1 2
ePO4的橄榄石结构：灰色区域为 FeO6八面体，棕色区域为 PO4四面体维通道中[38]3 The olivine structure of LiFePO4: showing the FeO6octahedra (grey), PO4(brown), and the one-dimensional tunnels in which the lithium ions离子的存在让 LiFePO4拥有优异的结构和热力学稳定性，能够锂离子完全脱出/嵌入，使材料具备较高的理论比容量（170 mO4晶体结构中，与 P 共用一个氧原子的 Fe-O 键会被强作用的削弱，导致铁的 3 价和 2 价氧化还原对费米能级降低，从的电极电位。在电极化过程中，上述的诱导效应也使得材料的在 3.4 V 左右[39]。另外，因为 LiFePO4与 FePO4的晶体结构十变化不大（如表 1-1 所示），所以在充放电时 LiFePO4与 FeP的体积变化很小，强化了材料物理结构强度。当然，这种相转构相似性避免了锂离子脱嵌过程中的晶体重排，使 LiFePO4具性。但 LiFePO4也有着许多不可忽视的缺陷: 1）典型的混合导
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池富镍三元正极材料研究进展[J]. 刘磊,包珊珊,何欢,孙文仙,岳波,李峻峰. 电子元件与材料. 2017(12)
[2]锂离子电池的发展现状及展望[J]. 王鹏博,郑俊超. 自然杂志. 2017(04)
[3]尖晶石型LiMn2O4研究现状与发展[J]. 马鹏. 有色金属加工. 2016(06)
[4]水热制备不同形貌磷酸铁锂国内研究进展[J]. 崔云龙,刘玲娟,李嵩,孙俊才,孙承帅. 电源技术. 2016(11)
[5]锂离子电池三元正极材料的研究进展[J]. 张雪,王铨,张婷,易明明,马丽叶,米金辉,陈傲,张正国. 石油和化工设备. 2016(11)
[6]锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展分析[J]. 邹海平,彭家奕,李上奎,李博,王兵,朱敏峰. 世界有色金属. 2016(15)
[7]能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 李建林,田立亭,来小康. 电力系统自动化. 2015(23)
[8]锂离子电池层状正极材料的研究进展[J]. 杨世霞. 广东化工. 2012(18)
[9]橄榄石型正极材料LiMPO4研究进展[J]. 文衍宣,周震涛. 电源技术. 2004(01)
[10]锂离子电池的研究与发展[J]. 张胜利,余仲宝,韩周祥. 电池工业. 1999(01)
本文编号：3058452
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