石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备及其电化学性能

发布时间：2017-06-09 12:19

  本文关键词：石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备及其电化学性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磷酸铁锂是新一代锂离子电池的理想正极材料,该材料具有热稳定性好、理论容量高、循环性能优良、原料价格低廉及环境友好等优点,被广泛地关注和研究。但该材料的电子电导率极低,接近于绝缘体材料,制约了其在中大型储能电池、电动汽车方面的应用。为了解决材料导电性差的问题,本论文采用了不同的包覆方法合成了磷酸铁锂/石墨烯复合材料,并就复合材料的结构和电化学性能等方面展开探讨和研究。主要研究内容和结果如下:(1)采用简单的固相法,以草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂为原料,有机碳源葡萄糖和氧化石墨烯为复合碳源,合成了LiFePO_4/graphene/C复合材料,并探讨了复合碳源的最佳加入量。研究表明,双包覆磷酸铁锂材料比仅仅包覆石墨烯的样品具有更高的放电比容量,当有机碳源的加入量为15 wt.%,氧化石墨烯含量为5 wt.%时,材料能发挥最佳的电化学性能。通过交流阻抗测试证实该加入量的材料电极表面的电荷转移阻抗有效减小。(2)为了改善石墨烯与磷酸铁锂颗粒的结合,论文以FeSO_4·7H_2O、NH_4H_2PO_4和氧化石墨烯为原料,采用沉淀法合成了FePO_4·xH_2O/GO前驱体,再与锂源混合,通过碳热还原法制备得到颗粒粒径小、石墨烯包覆紧密的LiFe PO_4/graphene复合材料。研究表明,复合材料在0.1 C倍率下放电比容量为163.4 mAh/g,为理论容量的96.11%,在1 C、2 C、5 C、10 C倍率的放电比容量分别为150.9 mAh/g,144.9 mAh/g,130.8 mAh/g,103.4 mAh/g,具有较好的大倍率放电性能。
【关键词】：锂离子电池 磷酸铁锂 石墨烯包覆 电化学性能
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-37
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 锂离子电池工作原理12-13
• 1.3 锂离子正极材料13-19
• 1.3.1 LiCoO_214-16
• 1.3.2 LiNiO_216-17
• 1.3.3 LiMn_2O_417-18
• 1.3.4 钴镍锰三元系材料18-19
• 1.4 磷酸铁锂正极材料19-24
• 1.4.1 LiFePO_4的结构19-20
• 1.4.2 LiFePO_4的充放电机理20-22
• 1.4.3 LiFePO_4的优缺点22-24
• 1.5 磷酸铁锂制备方法24-32
• 1.5.1 固相法24-26
• 1.5.2 溶胶-凝胶法26-27
• 1.5.3 水热法27-29
• 1.5.4 溶剂热法29-30
• 1.5.5 微波辐射法30-31
• 1.5.6 共沉淀法31-32
• 1.6 磷酸铁锂改性方法32-35
• 1.6.1 表面包覆改性32-34
• 1.6.2 掺杂改性34
• 1.6.3 颗粒纳米化34-35
• 1.7 LiFePO_4的应用前景35
• 1.8 论文研究意义及内容35-37
• 第二章 固相法合成双包覆LiFePO_4/graphene/C复合材料37-50
• 2.1 引言37-38
• 2.2 实验药品及仪器38-39
• 2.2.1 实验药品38
• 2.2.2 实验仪器38-39
• 2.3 材料表征39-40
• 2.3.1 X射线衍射分析(XRD)39
• 2.3.2 扫描电镜形貌分析(SEM)39-40
• 2.4 电池组装和电化学性能测试40-41
• 2.4.1 电池组装所用原料及仪器40-41
• 2.4.2 电池极片制作及扣式电池的组装41
• 2.4.3 恒流充放电测试41
• 2.4.4 交流阻抗测试(EIS)41
• 2.5 实验过程41-42
• 2.5.1 氧化石墨烯的制备41-42
• 2.5.2 LiFePO_4/graphene/C复合材料制备42
• 2.6 结果与讨论42-49
• 2.6.1 LiFePO_4/graphene/C复合材料的表征42-43
• 2.6.2 不同碳源加入量对复合材料形貌的影响43-45
• 2.6.3 不同碳源加入量对电池充放电性能的影响45-46
• 2.6.4 倍率性能分析46-48
• 2.6.5 交流阻抗分析48-49
• 2.7 本章小结49-50
• 第三章 磷酸铁前驱体预包覆及LiFePO_4/graphene的合成50-67
• 3.1 引言50-51
• 3.2 实验药品及仪器51-52
• 3.2.1 实验药品51-52
• 3.2.2 实验仪器52
• 3.3 材料表征52-53
• 3.3.1 X射线衍射分析(XRD)52
• 3.3.2 扫描电镜形貌分析(SEM)52
• 3.3.3 透射电子显微镜分析(TEM)52
• 3.3.4 拉曼光谱分析(Raman)52-53
• 3.3.5 热重分析(TG)53
• 3.4 电池组装和电化学性能测试53-54
• 3.4.1 恒流充放电测试53
• 3.4.2 循环伏安测试(CV)53
• 3.4.3 交流阻抗测试(EIS)53-54
• 3.5 实验过程54-55
• 3.5.1 氧化石墨烯的制备54
• 3.5.2 FePO_4·xH_2O/GO的合成54
• 3.5.3 LiFePO_4/graphene复合材料的制备54-55
• 3.6 结果与讨论55-66
• 3.6.1 磷酸铁前驱体的表征55-57
• 3.6.2 LiFePO_4/graphene复合材料的表征57-60
• 3.6.3 不同合成方法对材料形貌的影响60-62
• 3.6.4 LiFePO_4/graphene材料的电化学性能分析62-66
• 3.7 本章小结66-67
• 第四章 结论与展望67-69
• 4.1 结论67-68
• 4.2 展望68-69
• 参考文献69-77
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文77-78
• 致谢78-79

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