锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备及改性研究

发布时间：2017-11-18 21:00

  本文关键词：锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备及改性研究

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【摘要】：近年来,工业化进程加快,各行业对能源需求量也随之增大,同时,人们对能源的要求越来越趋近于低碳、节能环保。锂离子电池是新型的绿色能源电池,具有优良的性能,如工作电压高、能量密度高、可重复充放电和无记忆效应、寿命长、自放电小、环境友好等优点,使其受到科研工作者的持续关注与研究;而锂离子电池正极材料的研究是锂离子电池开发中的重要部分,由此人们对正极材料的研究也十分热衷。橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)以原料来源广泛、无吸湿性、无毒、对环境友好、理论比容量高(~170mAh/g)、工作电压适中(~3.45V vs.Li+/Li)等优点成为最具潜力的锂离子电池正极材料。本论文首先以三氧化二铁为铁源,乙炔黑和葡萄糖为碳源和还原剂,采用碳热还原法制备LiFePO4/C正极材料。通过SEM、XRD、Raman和恒流充放电等分析测试手段,研究不同混合比例的葡萄糖和乙炔黑为还原剂和碳源,对LiFePO4/C正极材料的物相、形貌和电性能的影响。结果表明,当葡萄糖和乙炔黑的混合比为1:1时,LiFePO4/C正极材料的性能最优,在0.1C倍率下的放电比容量为152.5mAh/g。随后,以不同含量的钾元素对磷酸铁锂的锂位掺杂,制备Li1-xKxFePO4(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)正极材料;不同含量的锰元素对磷酸铁锂的铁位掺杂,制备LiFe1-yMnyPO4(y=0,0.01,0.03,0.05,0.07)正极材料。通过SEM、XRD、拉曼和恒流充放电等分析测试手段,研究金属离子掺杂对磷酸铁锂正极材料的物相、形貌和电性能的影响。结果表明,当x=0.03时,锂位掺钾的磷酸铁锂正极材料性能最优,在1C倍率下的放电比容量达到124.3mAh/g;当y=0.03时,铁位掺锰的磷酸铁锂正极材料性能最优,在1C倍率下的放电比容量达到129.9mAh/g。最后,将Li0.97K0.03FePO4正极材料和石墨烯复合,制得Li0.97K0.03FePO4/石墨烯复合材料。通过SEM、XRD、XPS、Raman和恒流充放电等分析测试手段,研究石墨烯对磷酸铁锂正极材料物相、形貌和电性能的影响。结果表明,Li0.97K0.03FePO4正极材料与石墨烯复合后,性能有很大的提升,Li0.97K0.03FePO4/石墨烯复合材料在10C倍率下的放电比容量可达到90.55mAh/g。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912

【参考文献】

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1 罗绍华;田勇;李辉;史科捷;唐子龙;张中太;;Influence of lanthanum doping on performance of LiFePO_4 cathode materials for lithium-ion batteries[J];Journal of Rare Earths;2010年03期

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本文编号：1201105