微波法合成LiMn 0.8 Fe 0.19 Mg 0.01 PO 4 /C正极材料
发布时间：2020-12-13 07:19
锂离子电池在社会生活的诸多领域已经应用的越来越广,对锂离子电池的性能要求也越来越高。在锂离子电池的所有材料中,正极材料对锂离子电池产品的成本和性能有着非常重要的影响,所以开发低成本、高安全性、绿色环保、高性能的正极材料具有非常重要的意义。橄榄石型正极材料LiMnP04具有4.1 V的高电压、低成本及优良的安全性能和耐过充性能等优点,被越来越多的人所关注。但是LiMnPO4的电子结构中能带间隙为2 eV表现为绝缘体特征,其电子电导率和离子电导率都非常低。课题组前期通过碳包覆和Fe、Mg金属离子掺杂等方法研究得出在此分子式LiMno.8Fe0.19Mg0.01PO4/C下,材料具有非常好的电化学性能。传统的热传导加热方式具有能耗高、时间长等缺点,而微波加热具有节能高效、安全无污染等优点。本文采用微波烧结工艺合成LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C正极材料,以改善正极材料LiMno.8Fe0.19Mg0.01PO4/C的电化学性能为主要目的。探究了不同烧结温度、升温速率、保温时间、碳含量、两段法加热和烧结后再球磨退火等对材料结构、形貌和电化学性能的影响。接着对前驱体的球磨工艺进行...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１各种电池能量密度??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??为满足电池更高的性能需求，日本ＡｓａｈｉＫａｓｅｉ公司⑷设计开发了锂离子电池，??
锂离子电池的本质是一种浓差电池，其正负电极均是由嵌入型锂离子化合物??组成，是指其中的Ｌｉ＋嵌入和脱出正负极材料的一种可充放电的高能电池。??图１－２为锂离子电池充放电示意图。如果以ＵＣ〇０２正极材料和石墨负极材料??为例，充电时的电极反应可以表不为：??正极：ＬｉＣｏ〇２?—?Ｌｉ卜ｘＣｏ〇２?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ－??负极：６Ｃ?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ－?—?ＬｉｘＣ６??■?，?丨丨广＾??，＿＾ｊｉ?Ｔ－４－—?Ｊ?Ｔ?－｜１??■■■■Ｂ?：?＿?Ｋ＂ｈ－．ｒ＇?；ｉｒ■！?．．．?ｊ??ｒａｔ??Ｃｈａｒｇｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１－２锂离子电池充放电示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｉｎ?ａ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??１．３锂离子电池正极材料??锂离子电池正极材料是锂离子电池最重要的组成部分之一，它不仅作为电极??材料参与电化学反应，还要提供锂源。正极材料是锂离子电池技术的核心和关键。??在设计和选取锂离子电池正极材料时，要综合考虑许多因素，比如能量密度、成??本安全性、以及对环境的影响等各种因素。理想的锂离子电池正极材料应该满足??以下条件［８
与层状材料放电曲线不同，匕屮￡？０４的充放电曲线在３．４?Ｖ?（相对于Ｌｉ／Ｌｉ＋）??有一很平的电压平台，因此有研究者认为ＵＦｅＰ０４的脱／嵌锂反应为两相反应［２８，２９］，??锂离子脱嵌过程就是发生在ＬｉＦｅＰ０４／ＦｅＰ〇４之间的相变过程。图１－４为ＬｉＦｅＰ０４??在充放电中的结构变化示意图。另一种观点认为ＬｉＦｅＰ０４脱／嵌是单相反应。谷林??等？＾］利用球差校正环形明场成像技术不仅可以直接观察到ＵＦｅＰ〇４中的锂离??子，而且首次在部分脱锂的ＬｉＦｅＰ０４单晶纳米线（６／＝６５ｎｍ）观测到了锂离子隔??行脱出的现象。Ｌｉｕ等和Ｏｒｉｋａｓａ等分别利用软Ｘ射线吸收光谱和时间分辨??Ｘ射线衍射从实验上给出了?ＬｉＦｅＰ０４脱锂过程中存在单相结构的证据。第三种观??点认为ＬｉＦｅＰ０４在脱嵌／锂过程中出现ＬｉＦｅＰ０４／ＩＩ阶／ＦｅＰＣＭ三相共存结构。为了阐??明颗粒尺寸或掺杂等对阶结构的影响，Ｓｕｏ?Ｌ?Ｍ等进一步研究了部分脱锂的Ｎｂ??掺杂ＬｉＦｅＰ〇４纳米颗粒（ｃ／＝?２００?ｎｍ）的原子结构，清楚地观察到了沿ａ轴方向??ＬｉＦｅＰ〇４和ＦｅＰＣＭ两相界面处存在高度有序的阶结构。阶结构界面厚度约为２ｎｍ，??并且与６轴方向垂直，这进一步支持了锂离子沿６轴方向一维输运模型。同时，??两相界面呈弯曲状。Ｎｂ在Ｌｉ为的掺杂不会对阶结构的出现产生明显的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池基础科学问题(Ⅸ)——非水液体电解质材料[J]. 刘亚利,吴娇杨,李泓. 储能科学与技术. 2014(03)
[2]原子尺度锂离子电池电极材料的近平衡结构[J]. 肖东东,谷林. 中国科学:化学. 2014(03)
[3]锂离子电池基础科学问题(Ⅷ)——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
[4]锂离子电池基础科学问题(VII)——正极材料[J]. 马璨,吕迎春,李泓. 储能科学与技术. 2014(01)
[5]锂离子电池正极材料LiMnO2的最新研究进展[J]. 赵红远,刘兴泉,张峥,阙东阳,吴玥. 电子元件与材料. 2013(06)
[6]锂离子电池正极材料的结构设计与改性[J]. 王兆翔,陈立泉,黄学杰. 化学进展. 2011(Z1)
本文编号：2914157
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１各种电池能量密度??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??为满足电池更高的性能需求，日本ＡｓａｈｉＫａｓｅｉ公司⑷设计开发了锂离子电池，??
锂离子电池的本质是一种浓差电池，其正负电极均是由嵌入型锂离子化合物??组成，是指其中的Ｌｉ＋嵌入和脱出正负极材料的一种可充放电的高能电池。??图１－２为锂离子电池充放电示意图。如果以ＵＣ〇０２正极材料和石墨负极材料??为例，充电时的电极反应可以表不为：??正极：ＬｉＣｏ〇２?—?Ｌｉ卜ｘＣｏ〇２?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ－??负极：６Ｃ?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ－?—?ＬｉｘＣ６??■?，?丨丨广＾??，＿＾ｊｉ?Ｔ－４－—?Ｊ?Ｔ?－｜１??■■■■Ｂ?：?＿?Ｋ＂ｈ－．ｒ＇?；ｉｒ■！?．．．?ｊ??ｒａｔ??Ｃｈａｒｇｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１－２锂离子电池充放电示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｈａｒｇｅ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｉｎ?ａ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??１．３锂离子电池正极材料??锂离子电池正极材料是锂离子电池最重要的组成部分之一，它不仅作为电极??材料参与电化学反应，还要提供锂源。正极材料是锂离子电池技术的核心和关键。??在设计和选取锂离子电池正极材料时，要综合考虑许多因素，比如能量密度、成??本安全性、以及对环境的影响等各种因素。理想的锂离子电池正极材料应该满足??以下条件［８
与层状材料放电曲线不同，匕屮￡？０４的充放电曲线在３．４?Ｖ?（相对于Ｌｉ／Ｌｉ＋）??有一很平的电压平台，因此有研究者认为ＵＦｅＰ０４的脱／嵌锂反应为两相反应［２８，２９］，??锂离子脱嵌过程就是发生在ＬｉＦｅＰ０４／ＦｅＰ〇４之间的相变过程。图１－４为ＬｉＦｅＰ０４??在充放电中的结构变化示意图。另一种观点认为ＬｉＦｅＰ０４脱／嵌是单相反应。谷林??等？＾］利用球差校正环形明场成像技术不仅可以直接观察到ＵＦｅＰ〇４中的锂离??子，而且首次在部分脱锂的ＬｉＦｅＰ０４单晶纳米线（６／＝６５ｎｍ）观测到了锂离子隔??行脱出的现象。Ｌｉｕ等和Ｏｒｉｋａｓａ等分别利用软Ｘ射线吸收光谱和时间分辨??Ｘ射线衍射从实验上给出了?ＬｉＦｅＰ０４脱锂过程中存在单相结构的证据。第三种观??点认为ＬｉＦｅＰ０４在脱嵌／锂过程中出现ＬｉＦｅＰ０４／ＩＩ阶／ＦｅＰＣＭ三相共存结构。为了阐??明颗粒尺寸或掺杂等对阶结构的影响，Ｓｕｏ?Ｌ?Ｍ等进一步研究了部分脱锂的Ｎｂ??掺杂ＬｉＦｅＰ〇４纳米颗粒（ｃ／＝?２００?ｎｍ）的原子结构，清楚地观察到了沿ａ轴方向??ＬｉＦｅＰ〇４和ＦｅＰＣＭ两相界面处存在高度有序的阶结构。阶结构界面厚度约为２ｎｍ，??并且与６轴方向垂直，这进一步支持了锂离子沿６轴方向一维输运模型。同时，??两相界面呈弯曲状。Ｎｂ在Ｌｉ为的掺杂不会对阶结构的出现产生明显的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池基础科学问题(Ⅸ)——非水液体电解质材料[J]. 刘亚利,吴娇杨,李泓. 储能科学与技术. 2014(03)
[2]原子尺度锂离子电池电极材料的近平衡结构[J]. 肖东东,谷林. 中国科学:化学. 2014(03)
[3]锂离子电池基础科学问题(Ⅷ)——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
[4]锂离子电池基础科学问题(VII)——正极材料[J]. 马璨,吕迎春,李泓. 储能科学与技术. 2014(01)
[5]锂离子电池正极材料LiMnO2的最新研究进展[J]. 赵红远,刘兴泉,张峥,阙东阳,吴玥. 电子元件与材料. 2013(06)
[6]锂离子电池正极材料的结构设计与改性[J]. 王兆翔,陈立泉,黄学杰. 化学进展. 2011(Z1)
本文编号：2914157
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