LiFePO 4 /C的合成及提高其抗空气老化能力的对策和相关机理研究
发布时间：2021-04-14 20:14
作为一种锂离子电池正极材料,聚阴离子型磷酸铁锂（LiFePO4,LFP）具有较高的理论比容量(170 mA h g-1)、较高的放电平台（3.45 V）、热稳定性高、成本低、环境友好等优点,受到了科研工作者的广泛研究。然而,本征态LFP较低的电子电导率和离子扩散速率限制了其在规模化能量储存体系（如电动汽车）中的应用。针对这一问题,研究者提出了多种策略,其中将LFP与碳复合制备碳包覆LFP（LFP/C）复合材料,被认为是一种最简单、有效的方法。本文首先以羟乙基纤维素作为原位碳源和结构导向剂,FeSO4?7H2O为铁源,植酸为磷源,LiOH?H2O为锂源,采用冷冻干燥结合高温煅烧法,获得了一种具有分级结构的LFP/C样品,探索了不同煅烧温度对样品电化学性能的影响。通过XRD、SEM、TEM、Raman、BET和TG/DSC技术,对样品进行了表征,并测试了其电化学性能。研究结果表明:（1）所获得的LFP/C样品具有分级结构;在700和750℃下热处理的样品,其中,LFP纳米颗粒能完全...
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理图
(1) 层状化合物 LiMO2图1.2 层状LiMO2(蓝色：过渡金属离子；红色：Li+) 的晶体结构图1.2展示了层状化合物LiMO2的理想结构。氧负离子（为了图中清楚而省略）形成紧密排布的FCC晶格，阳离子位于六配位的八面体晶体位点。MO2平面和Li层交替堆叠。尽管传统的层状氧化物LiCoO2已经作为LIBs正极材料商业化了二十年，但其仅能提供约140 mAh g 1的容量，这是其理论容量的一半。这种限制可以归因于当超过一半的锂脱出时，材料的固有结构不稳定。另一方面，在LiCoO2中存在有毒且昂贵的Co离子，引起了环境问题并且提高了锂离子电池的成本。因此，研究层状化合物的重点已经从LiCoO2转变成了研究Co离子部分/完全被其它丰富且环境友好的过渡金属离子（如Ni和Mn）取代的衍生物。这些方法包括以1:1的比例混合LiNiO2和LiMnO2，形成层状LiNi0.5Mn0.5O2，以及Li-Co-Ni-Mn-O层状化合物（所谓的NMC型材料）。Ohzuku等人在2001年首次报道了具有良好电化学性能的LiNi0.5Mn0.5O2样品[7]。图1.3显示了LiNi0.5Mn0.5O2样品的电化学性能[8,9]。原位X射线吸收光谱（XAS）研究证实[10]
O2中锂镍交换减少了约4%，但其倍率性能得到显著改善（如图1.3（c）和（d）所示）。图1.3 （a）组成相图，（b）循环性能图，（c）离子交换法合成的LiNi0.5Mn0.5O2倍率性能图（d）通过固相法合成的LiNi0.5Mn0.5O2的倍率性能图考虑到锂镍混合不均匀是影响材料倍率性能的主要因素，试图制备LiCoxNiyMn1-x-yO2新化合物。然而Ohzuku等人在2001年就已经报道了具有良好的电化学性能的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2样品[14]。由于Co离子的存在可以帮助减少Li层中Ni的含量，且LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2具有与LiNi0.5Mn0.5O2相似的可逆容量，因此更进一步认识到Li-Co-Ni-Mn-O材料的重要性，受到了人们的广泛研究。(2) 尖晶石型 LiM2O4LiM2O4的氧结构与分层的 LiMO2具有相同的结构。阳离子仍然占据八面体位置，但其中 1/4 位于 Li 层中
本文编号：3137946
【文章来源】：齐鲁工业大学山东省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理图
(1) 层状化合物 LiMO2图1.2 层状LiMO2(蓝色：过渡金属离子；红色：Li+) 的晶体结构图1.2展示了层状化合物LiMO2的理想结构。氧负离子（为了图中清楚而省略）形成紧密排布的FCC晶格，阳离子位于六配位的八面体晶体位点。MO2平面和Li层交替堆叠。尽管传统的层状氧化物LiCoO2已经作为LIBs正极材料商业化了二十年，但其仅能提供约140 mAh g 1的容量，这是其理论容量的一半。这种限制可以归因于当超过一半的锂脱出时，材料的固有结构不稳定。另一方面，在LiCoO2中存在有毒且昂贵的Co离子，引起了环境问题并且提高了锂离子电池的成本。因此，研究层状化合物的重点已经从LiCoO2转变成了研究Co离子部分/完全被其它丰富且环境友好的过渡金属离子（如Ni和Mn）取代的衍生物。这些方法包括以1:1的比例混合LiNiO2和LiMnO2，形成层状LiNi0.5Mn0.5O2，以及Li-Co-Ni-Mn-O层状化合物（所谓的NMC型材料）。Ohzuku等人在2001年首次报道了具有良好电化学性能的LiNi0.5Mn0.5O2样品[7]。图1.3显示了LiNi0.5Mn0.5O2样品的电化学性能[8,9]。原位X射线吸收光谱（XAS）研究证实[10]
O2中锂镍交换减少了约4%，但其倍率性能得到显著改善（如图1.3（c）和（d）所示）。图1.3 （a）组成相图，（b）循环性能图，（c）离子交换法合成的LiNi0.5Mn0.5O2倍率性能图（d）通过固相法合成的LiNi0.5Mn0.5O2的倍率性能图考虑到锂镍混合不均匀是影响材料倍率性能的主要因素，试图制备LiCoxNiyMn1-x-yO2新化合物。然而Ohzuku等人在2001年就已经报道了具有良好的电化学性能的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2样品[14]。由于Co离子的存在可以帮助减少Li层中Ni的含量，且LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2具有与LiNi0.5Mn0.5O2相似的可逆容量，因此更进一步认识到Li-Co-Ni-Mn-O材料的重要性，受到了人们的广泛研究。(2) 尖晶石型 LiM2O4LiM2O4的氧结构与分层的 LiMO2具有相同的结构。阳离子仍然占据八面体位置，但其中 1/4 位于 Li 层中
本文编号：3137946
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