LiFePO 4 /石墨烯正极材料的制备工艺与性能研究
发布时间：2021-07-09 01:31
磷酸铁锂是一种性能优越的锂离子电池正极材料,具有绿色环保,能量密度高,循环寿命好,安全性能好,对环境无污染等诸多优点。从被人们发现之初就受到了广泛地关注并成为人们研究的热点。本文主要利用液相沉淀法制备前驱体磷酸铁,通过改变不同的反应条件,确定了最优化的合成条件。利用制备的磷酸铁通过碳热还法制备磷酸铁锂,产物呈碳包覆中空球壳状态,通过超声破碎手段对制备的材料进行处理,得到小颗粒的LiFePO4。通过盐平衡法,用氧化石墨烯包覆LiFePO4小颗粒并将氧化石墨烯还原得到LiFePO4/G复合材料。利用氧化石墨烯先负载Ag纳米粒子后再对LiFePO4小颗粒进行包覆并将氧化石墨烯进行还原得到LiFePO4/Ag/G复合材料。利用XRD、粒度分布仪器、UV-VIS、SEM、SEM、电化学工作站、蓝电电池测试系统对材料和材料制成的电池进行测试。具体总结如下：1.以FeCl3·6H2O和H3PO4为原料,CTAB为表面活性剂,利用共沉淀法合成出了目标产物的前驱体含有结晶水的磷酸铁。通过改变反应磷铁投料比、反应温度、反应pH值、表面活性剂添加量、超声时间等条件。确定了最佳的反应条件为磷铁投料比为1：1、...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池简介
1.3 锂离子电池工作原理
1.4 常见的锂离子电池正极材料介绍
1.4.1 LiCoO_2简介
1.4.2 LiNiO_4简介
1.4.3 LiMn_2O_4简介
1.4.4 三元体系正极材料简介
1.5 LiFePO_4正极材料介绍
1.5.1 LiFePO_4的结构及性质
1.5.2 LiFePO_4的充放电机理
1.5.3 LiFePO_4的制备方法
1.5.4 磷酸铁锂正极材料存在的问题及改性手段
1.6 石墨烯简介
1.6.1 石墨烯主要特性
1.6.2 石墨烯材料主要应用
1.7 本文研究内容及意义
1.7.1 研究内容
1.7.2 研究意义
2 实验试剂、仪器及材料表征
2.1 实验试剂及仪器
2.1.1 主要实验试剂
2.1.2 主要实验仪器
2.2 实验合成原理及工艺
2.2.1 前驱体磷酸铁的合成
2.2.2 磷酸铁锂的制备
2.3 实验的分析及表征方法
2.3.1 磷酸铁中铁、磷含量的检测
2.3.2 仪器表征方法
2.4 扣式电池组装和电化学性能测试
2.4.1 正极片制作过程
2.4.2 扣式电池的组装
2.4.3 循环伏安测试(CV)
2.4.4 恒流充放电测试
2.4.5 交流阻抗测试(EIS)
2.4.6 循环和倍率性能测试
2.4.7 电池安全性能测试
3 粒径窄分布FePO_4纳米粒子的制备
3.1 前言
3.2 控制因素法合成粒径窄分布磷酸铁
3.2.1 磷铁投料比对合成FePO_4的影响
3.2.2 反应pH值对合成FePO_4的影响
3.2.3 反应温度对合成FePO_4粒径的影响
3.2.4 表面活性剂添加量对FePO_4粒径的影响
3.2.5 超声时长对合成FePO_4粒径的影响
3.3 样品表征和实验结果分析
3.3.1 样品的粒度分布结果及分析
3.3.2 TGA-DSC热重分析
3.3.3 XRD结果及分析
3.3.4 SEM及TEM结果及分析
3.4 本章小结
4 LiFePO_4/石墨烯正极材料的制备及电化学性能研究
4.1 前言
4.2 石墨烯负载(包覆)盐平衡法介绍
4.3 实验方案
4.4 氧化石墨烯的制备与表征
4.4.1 改良Hummers法制备氧化石墨烯
4.4.2 氧化石墨烯紫外谱图分析
4.4.3 氧化石墨烯TEM分析
4.5 碳热还原法制备LiFePO_4
4.5.1 实验方法
4.5.2 XRD谱图分析
4.5.3 SEM及TEM分析
4.6 超声破裂LiFePO_4微球
4.6.1 超声破裂实验方法
4.6.2 SEM及TEM分析
4.7 石墨烯包覆LiFePO_4与表征
4.7.1 石墨烯包覆LiFePO_4实验方法
4.7.2 SEM及TEM分析
4.8 石墨烯与LiFePO_4简单物理混合
4.8.1 石墨烯物理混合LiFePO_4实验方法
4.9 四种材料的比表面积和振实密度分析
4.9.1 四种LiFePO_4材料的比表面积分析
4.9.2 四种LiFePO_4样品的振实密度分析
4.10 石墨烯包覆磷酸铁锂材料的电化学性能分析
4.10.1 充放电曲线分析
4.10.2 循环伏安曲线分析
4.10.3 交流阻抗谱图分析
4.10.4 循环性能分析
4.11 本章小结
5 石墨烯负载银纳米粒子包覆LiFePO_4电化学性能研究
5.1 前言
5.2 石墨烯负载Ag纳米粒子包覆LiFePO_4实验方案
5.2.1 石墨烯负载Ag纳米粒子
5.2.2 石墨烯负载银纳米粒子后对LiFePO_4进行包覆
5.2.3 结构和电化学性能表征
5.3 实验结果及分析
5.3.1 紫外-可见吸收光谱
5.3.2 SEM及TEM结果及分析
5.3.3 充放电曲线分析
5.3.4 循环性能分析
5.4 LiFePO_4/Ag/G材料安全性能分析
5.4.1 LiFePO_4/Ag/G材料热箱实验
5.4.2 LiFePO_4/Ag/G材料过充实验
5.4.3 LiFePO_4/Ag/G材料外部短路实验
5.4.4 LiFePO_4/Ag/G材料穿刺实验
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3272736
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池简介
1.3 锂离子电池工作原理
1.4 常见的锂离子电池正极材料介绍
1.4.1 LiCoO_2简介
1.4.2 LiNiO_4简介
1.4.3 LiMn_2O_4简介
1.4.4 三元体系正极材料简介
1.5 LiFePO_4正极材料介绍
1.5.1 LiFePO_4的结构及性质
1.5.2 LiFePO_4的充放电机理
1.5.3 LiFePO_4的制备方法
1.5.4 磷酸铁锂正极材料存在的问题及改性手段
1.6 石墨烯简介
1.6.1 石墨烯主要特性
1.6.2 石墨烯材料主要应用
1.7 本文研究内容及意义
1.7.1 研究内容
1.7.2 研究意义
2 实验试剂、仪器及材料表征
2.1 实验试剂及仪器
2.1.1 主要实验试剂
2.1.2 主要实验仪器
2.2 实验合成原理及工艺
2.2.1 前驱体磷酸铁的合成
2.2.2 磷酸铁锂的制备
2.3 实验的分析及表征方法
2.3.1 磷酸铁中铁、磷含量的检测
2.3.2 仪器表征方法
2.4 扣式电池组装和电化学性能测试
2.4.1 正极片制作过程
2.4.2 扣式电池的组装
2.4.3 循环伏安测试(CV)
2.4.4 恒流充放电测试
2.4.5 交流阻抗测试(EIS)
2.4.6 循环和倍率性能测试
2.4.7 电池安全性能测试
3 粒径窄分布FePO_4纳米粒子的制备
3.1 前言
3.2 控制因素法合成粒径窄分布磷酸铁
3.2.1 磷铁投料比对合成FePO_4的影响
3.2.2 反应pH值对合成FePO_4的影响
3.2.3 反应温度对合成FePO_4粒径的影响
3.2.4 表面活性剂添加量对FePO_4粒径的影响
3.2.5 超声时长对合成FePO_4粒径的影响
3.3 样品表征和实验结果分析
3.3.1 样品的粒度分布结果及分析
3.3.2 TGA-DSC热重分析
3.3.3 XRD结果及分析
3.3.4 SEM及TEM结果及分析
3.4 本章小结
4 LiFePO_4/石墨烯正极材料的制备及电化学性能研究
4.1 前言
4.2 石墨烯负载(包覆)盐平衡法介绍
4.3 实验方案
4.4 氧化石墨烯的制备与表征
4.4.1 改良Hummers法制备氧化石墨烯
4.4.2 氧化石墨烯紫外谱图分析
4.4.3 氧化石墨烯TEM分析
4.5 碳热还原法制备LiFePO_4
4.5.1 实验方法
4.5.2 XRD谱图分析
4.5.3 SEM及TEM分析
4.6 超声破裂LiFePO_4微球
4.6.1 超声破裂实验方法
4.6.2 SEM及TEM分析
4.7 石墨烯包覆LiFePO_4与表征
4.7.1 石墨烯包覆LiFePO_4实验方法
4.7.2 SEM及TEM分析
4.8 石墨烯与LiFePO_4简单物理混合
4.8.1 石墨烯物理混合LiFePO_4实验方法
4.9 四种材料的比表面积和振实密度分析
4.9.1 四种LiFePO_4材料的比表面积分析
4.9.2 四种LiFePO_4样品的振实密度分析
4.10 石墨烯包覆磷酸铁锂材料的电化学性能分析
4.10.1 充放电曲线分析
4.10.2 循环伏安曲线分析
4.10.3 交流阻抗谱图分析
4.10.4 循环性能分析
4.11 本章小结
5 石墨烯负载银纳米粒子包覆LiFePO_4电化学性能研究
5.1 前言
5.2 石墨烯负载Ag纳米粒子包覆LiFePO_4实验方案
5.2.1 石墨烯负载Ag纳米粒子
5.2.2 石墨烯负载银纳米粒子后对LiFePO_4进行包覆
5.2.3 结构和电化学性能表征
5.3 实验结果及分析
5.3.1 紫外-可见吸收光谱
5.3.2 SEM及TEM结果及分析
5.3.3 充放电曲线分析
5.3.4 循环性能分析
5.4 LiFePO_4/Ag/G材料安全性能分析
5.4.1 LiFePO_4/Ag/G材料热箱实验
5.4.2 LiFePO_4/Ag/G材料过充实验
5.4.3 LiFePO_4/Ag/G材料外部短路实验
5.4.4 LiFePO_4/Ag/G材料穿刺实验
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3272736
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