正硅酸盐锂离子电池正极材料Li 2 FeSiO 4 /C的制备及改性研究

发布时间：2021-10-13 05:49

　　正硅酸盐锂离子电池正极材料Li2FeSiO4因其比容量高（332 mAh·g-1）、循环性能优异、安全无毒、原料来源丰富等优点受到人们越来越多的关注。然而,由于该材料的本征电子电导率和Li+迁移率较低,因此目前报道的大部分Li2FeSiO4材料的实际比容量不足其理论比容量的一半（<166 mAh·g-1）,这严重制约了Li2FeSiO4材料的产业化应用。本文针对Li2FeSiO4正极材料上述不足对其制备及改性方法进行了系统研究,通过改善Li2FeSiO4的纯度、几何尺寸、表面形貌和结构提升其电化学性能,以利于设计和生产出高比容量、高安全性和成本低廉等优良综合性能的锂离子电池正极材料。本文通过改变原料种类、制备方法及工艺和表面包覆修饰改性等手段提高了Li2FeSiO4材料的综合电化学性能,并采用了XRD、SEM、TEM、HR-TEM、IR、EDS、TG、BET、Raman、XPS、CEA、CV、EIS等多种分析测试手段对Li2FeSiO4/C材料的结构、形貌和电化学性能进行了系统研究,主要内容包括:（1）使用传统的高温固相法制备了Li2FeSiO4/C材料。考察了不同锂源和碳源对制... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 锂离子电池概述
    1.2 锂离子电池结构与原理
    1.3 锂离子电池的优缺点
    1.4 锂离子电池材料研究进展
    1.5 锂离子电池正极材料的种类
    1.6 聚阴离子正硅酸盐正极材料Li_2FeSiO_4研究进展
        1.6.1 Li_2FeSiO_4的结构及性质
        1.6.2 Li_2FeSiO_4的制备方法
        1.6.3 Li_2FeSiO_4的改性研究
    1.7 本文的研究内容及主要贡献
    1.8 本文的章节安排
第二章 实验原料与测试方法
    2.1 试剂与实验仪器
    2.2 材料的表征
        2.2.1 X-射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微分析(SEM)
        2.2.3 透射电子显微分析(TEM)
        2.2.4 元素能谱分析(EDS)
        2.2.5 热重分析(TG)
        2.2.6 碳元素分析(CEA)
        2.2.7 红外光谱分析(IR)
        2.2.8 拉曼光谱分析(Raman)
        2.2.9 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.2.10比表面积及孔径分布测试
        2.2.11振实密度测试
    2.3 材料电化学性能的测定
        2.3.1 实验电极的制备
        2.3.2 模拟电池的组装
        2.3.3 充放电测试
        2.3.4 循环伏安分析(CV)
        2.3.5 交流阻抗分析(EIS)
        2.3.6 Li_2FeSiO_4材料比容量的计算
第三章 高温固相法制备Li_2FeSiO_4/C正极材料
    3.1 引言
    3.2 实验部分
    3.3 球磨混合物的热重分析
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 不同锂源对制备Li_2FeSiO_4/C材料的影响
        3.4.2 不同碳源对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
        3.4.3 碳包覆量对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
    3.5 本章小结
第四章 碳热还原法制备Li_2FeSiO_4/C正极材料
    4.1 引言
    4.2 实验部分
    4.3 球磨混合物的热重分析
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 不同碳源对制备Li_2FeSiO_4/C材料的影响
        4.4.2 碳包覆量对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
        4.4.3 烧结温度对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
    4.5 本章小结
第五章 化学气相沉积法制备Li_2FeSiO_4/Graphene/C正极材料
    5.1 引言
    5.2 实验部分
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 烧结温度对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
        5.3.2 石墨烯的形貌及性质
        5.3.3 气相沉积法制备Li_2FeSiO_4/Graphene/C材料的原理
        5.3.4 石墨烯添加量对Li_2FeSiO_4/Graphene/C材料的影响
    5.4 本章小结
第六章 化学气相沉积法制备球形Li_2FeSiO_4/CNTs/C正极材料
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 CNTs的处理
        6.2.2 喷雾干燥
        6.2.3 球形Li_2FeSiO_4/CNTs/C材料的制备
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 烧结温度对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
        6.3.2 酸化处理对CNTs结构和形貌的影响
        6.3.3 气相沉积法制备球形Li_2FeSiO_4/CNTs/C材料的原理
        6.3.4 CNTs添加量对Li_2FeSiO_4/C材料的影响
    6.4 本章小结
第七章 水热辅助溶胶凝胶法制备Li_2FeSiO_4/C正极材料
    7.1 引言
    7.2 实验部分
    7.3 水热辅助溶胶凝胶法
    7.4 结果与讨论
    7.5 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Hydrothermal synthesis of spindle-like Li2FeSiO4-C composite as cathode materials for lithium-ion batteries[J]. Haiyan Gao,Zhe Hu,Kai Zhang,Fangyi Cheng,Zhanliang Tao,Jun Chen.  Journal of Energy Chemistry. 2014(03)
[2]Li2MnSiO4/C复合正极材料的合成及电化学性能[J]. 杨勇,方海升,李莉萍,闫国丰,李广社.  稀有金属材料与工程. 2008(06)
[3]以乙二胺为模板剂合成Y/ZSM-5复合分子筛[J]. 贾卫,郭群,崔晓静,潘大海,李瑞丰.  石油化工. 2006(09)



本文编号：3434073