锂离子电池正极材料磷酸铁锂的水热法制备及其性能研究

发布时间：2017-10-23 19:38

  本文关键词：锂离子电池正极材料磷酸铁锂的水热法制备及其性能研究

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【摘要】：橄榄石型LiFePO4作为一种新型锂离子电池正极材料,自发现以来,便由于其优良的安全性能、循环性能和经济高效、绿色环保等特点,而得到了广泛的关注和研究,被誉为“最具潜力的新一代锂电池正极材料”。本文通过一步水热法制备了纯相的LiFePO4材料,并系统的研究了配料比、加料顺序、反应物浓度、反应温度、反应时间、pH等因素对材料组成、相结构以及电化学性能的影响。研究发现,只有达到一定的配料比时才能得到纯相材料,在锂量较少时并不能得到纯相的磷酸铁锂,而一次沉淀加料顺序下,所得到的材料同样有杂相的存在。不同的反应物浓度不会影响材料的相结构,但是随着浓度的不同,材料的粒度和团聚性也会不同。反应温度与时间的不同配合、pH值的不同也将会对材料的形貌和电化学性能产生很大影响。为进一步提高磷酸铁锂的电化学性能,本文对磷酸铁锂材料进行了碳包覆的研究,主要研究了包碳方式、碳源、包碳量等因素对材料电化学性能的影响。结果显示,碳的加入并不会影响磷酸铁锂的相结构,但是包碳方式、碳源和包碳量的不同,对磷酸铁锂碳包覆材料的粒径、形貌、分散性、电化学性能影响很大。结果表明：以LiOH、FeSO4、H3PO4为原料,配料比为Li:Fe:P=3:1:1,通过二次沉淀加料顺序,以0.3mol/L作为反应物浓度,调节配液pH=6-7,在220℃下水热反应10h,得到性能优良的纯相的LiFePO4材料。在确定了最优制备工艺的基础上掺杂20%的蔗糖进行原位碳包覆,所得LiFePO4/C复合材料电化学性能优越,0.1C倍率下,其首次放电容量为110.5mAh/g,且20次循环后容量基本无衰减。
【关键词】：锂离子电池 磷酸铁锂 碳包覆 电化学性能
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 锂离子电池10-13
• 1.2.1 锂离子电池的发展现状10-11
• 1.2.2 锂离子电池的组成分类11-12
• 1.2.3 锂离子电池的工作原理12-13
• 1.2.4 锂离子电池的性能特点13
• 1.3 锂离子电池正极材料13-16
• 1.3.1 钴系正极材料(LiCoO_2)14-15
• 1.3.2 镍系正极材料(LiNiO_2)15
• 1.3.3 锰系正极材料(LiMn_2O_4)15-16
• 1.3.4 三元材料(LiCoxNiyMn1-x-yO_2)16
• 1.3.5 新型材料(LiFePO_4)16
• 1.4 橄榄石型LiFePO_4正极材料16-25
• 1.4.1 LiFePO_4的结构16-18
• 1.4.2 LiFePO_4的充放电机理18
• 1.4.3 LiFePO_4的制备方法18-22
• 1.4.4 LiFePO_4的改性研究22-23
• 1.4.5 LiFePO_4的发展与展望23-25
• 第2章 实验方法及技术25-30
• 2.1 材料合成25-27
• 2.1.1 实验合成原料25-26
• 2.1.2 实验合成设备26
• 2.1.3 实验合成方法26-27
• 2.2 材料表征27-28
• 2.2.1 X射线衍射27
• 2.2.2 扫描电子显微镜和透射电子显微镜27
• 2.2.3 热重和差热分析27-28
• 2.2.4 拉曼光谱分析28
• 2.3 电化学性能测试28-30
• 2.3.1 电极的制备28
• 2.3.2 电池的组装28-29
• 2.3.3 电化学性能测试29-30
• 第3章 LiFePO_4材料的制备及研究30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 LiFePO_4材料制备工艺研究30-49
• 3.2.1 配料比的影响30-31
• 3.2.2 加料顺序的影响31-35
• 3.2.3 浓度的影响35-38
• 3.2.4 温度的影响38-41
• 3.2.5 时间的影响41-44
• 3.2.6 pH值得影响44-49
• 3.3 本章总结49-50
• 第4章 LiFePO_4/C材料的制备及研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 LiFePO_4/C材料的合成50-61
• 4.2.1 包碳方式的影响50-53
• 4.2.2 碳源的影响53-56
• 4.2.3 包碳量的影响56-61
• 4.3 本章总结61-62
• 第5章 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66

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本文编号：1085077