锂离子电池正极材料磷酸钒锂的碳包覆改性研究

发布时间：2017-04-28 10:14

  本文关键词：锂离子电池正极材料磷酸钒锂的碳包覆改性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济的发展,环境污染问题日益显现,对大气环境的治理以及不断开发绿色能源环保材料成为研究的热点。锂离子电池因为其能量高、循环寿命长、绿色环保等优点被认为是二十一世纪最理想的储能材料。近年来,单斜结构Li3V2(PO4)3(LVP)正极材料理论容量197 mAh g-1,具有循环性好,充放电电压平台高,价格低廉等优点,被认为是继LiFePO4之后另一个极具市场应用潜力的锂离子电池正极材料。但是其电子导电率较低,限制了其发展。本文重点研究采用流变相法合成和改性材料的电化学性能。本文采用流变相法制备磷酸钒锂材料,选用两种传统碳源葡萄糖和柠檬酸包覆改性材料。结果显示,碳包覆改性能抑制材料团聚现象。电化学性能也有明显改善。3.0~4.8 V高电压下,20周循环后葡萄糖和柠檬酸包覆的材料放电比容量分别为136mAh g-1和123 mAh g-1,明显高于原始LVP样品。对比发现,葡萄糖包覆在提高材料的放电容量及循环性能上效果显著,而柠檬酸对材料倍率性能的改性则更为优异。此外,本文首次以环糊精为新型碳源,采用流变相法制备出碳包覆改性的LVP/C样品,并对其合成温度和碳包覆量等工艺条件进行了优选,确定了最佳反应条件。XRD、SEM和TEM分别显示,合成材料为纯相单斜结构磷酸钒锂,颗粒一次粒径约为0.3μm,有效均匀包覆的无定形碳层约为50 nm。电化学性能测试表明,样品在3.0~4.3 V电压下,0.1 C倍率放电,材料的首周放电容量为111 mAh g-1,循环50周后,容量保持在109.3 mAh g-1。与此同时,本文采用另一种新型碳源海藻酸,结合流变相法成功制备出碳包覆改性的LVP/C样品,在最优温度下,对该碳源的碳包覆量进行了优选,对比了不同包覆量对材料微观结构和电化学性能的影响,寻求最佳值。微观结构和电化学性能表明,当海藻酸包覆量为10%时,材料的性能最优。XRD表明该材料峰强最强。SEM显示,该材料颗粒粒径最小,约为0.8μm。3.0~4.8 V包覆量为10%的样品初始容量最高,首周放电容量为157.6 mAh g-1,循环80周后放电容量为121.1 m Ah g-1,展现良好的循环性能和倍率性能。与环糊精相比,海藻酸包覆材料的电化学性能有所增强,但二者相差不大。
【关键词】：锂离子电池 磷酸钒锂 流变相法 碳包覆 环糊精 海藻酸
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 锂离子电池概述11-14
• 1.1.1 锂离子电池的发展过程11-12
• 1.1.2 锂离子电池的分类和优缺点12
• 1.1.3 锂离子电池的结构和工作原理12-14
• 1.2 锂离子电池正极材料的发展14-19
• 1.2.1 层状结构正极材料LiCoO_2、LiNiO_2、LiMnO_2、LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_214-16
• 1.2.2 尖晶石结构LiMn2O_416-17
• 1.2.3 橄榄石结构LiFePO_417-19
• 1.3 关于磷酸钒锂正极材料制备方法的研究19-21
• 1.3.1 高温固相合成法19
• 1.3.2 碳热还原法19-20
• 1.3.3 溶胶凝胶法20
• 1.3.4 新型合成方法流变相法20-21
• 1.4 关于磷酸钒锂正极材料改性方法的研究21-24
• 1.4.1 碳包覆改性研究21-22
• 1.4.2 金属单质包覆改性研究22
• 1.4.3 金属氧化物包覆改性研究22-23
• 1.4.4 金属掺杂23-24
• 1.4.5 控制形貌特征24
• 1.5 本论文选题及研究内容24-27
• 第2章 实验试剂、仪器、研究方法27-33
• 2.1 实验试剂27
• 2.2 实验仪器27-28
• 2.3 研究方法及原理28-33
• 2.3.1 材料制备方法28-29
• 2.3.2 材料改性方法29
• 2.3.3 前驱体热重分析29
• 2.3.4 材料结构及形貌表征29-30
• 2.3.5 电极制备及电池的组装30
• 2.3.6 电化学性能测试30-33
• 第3章 采用传统碳源包覆改性Li_3V_2(PO_4)_3 的研究33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 实验33-34
• 3.2.1 材料的制备33-34
• 3.2.2 电池的组装34
• 3.2.3 样品的表征和性能测试34
• 3.3 结果与讨论34-39
• 3.3.1 样品XRD分析34-35
• 3.3.2 样品形貌分析35-36
• 3.3.3 电化学性能测试36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 新型碳源环糊精包覆改性Li_3V_2(PO_4)_3 的研究40-54
• 4.1 前言40
• 4.2 实验40-41
• 4.2.1 材料的制备40-41
• 4.2.2 电池的组装41
• 4.2.3 样品的表征和性能测试41
• 4.3 结果与讨论41-52
• 4.3.1 样品前躯体热重分析41-42
• 4.3.2 相同温度下最佳包覆量材料研究42-44
• 4.3.3 最佳包覆量材料不同温度性能研究44-45
• 4.3.4 最优条件合成材料性能研究45-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 新型碳源海藻酸包覆改性Li_3V_2(PO_4)_3 的研究54-63
• 5.1 前言54
• 5.2 实验54-55
• 5.2.1 材料的制备54
• 5.2.2 电池的组装54-55
• 5.2.3 样品的表征和性能测试55
• 5.3 结果与讨论55-62
• 5.3.1 样品XRD分析55-56
• 5.3.2 样品SEM分析56-57
• 5.3.4 电化学性能测试57-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-72
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单72-73
• 致谢73

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  本文关键词：锂离子电池正极材料磷酸钒锂的碳包覆改性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：332631