锂、钠离子二次电池正极材料的制备与研究

发布时间：2017-10-26 16:24

  本文关键词：锂、钠离子二次电池正极材料的制备与研究

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【摘要】：锂离子二次电池以其清洁高效、质量轻、容量大等优点,已经被广泛应用于便携式电子设备电源中。橄榄石型LiFePO4是一种极具潜力的锂离子二次电池正极材料,主要是因为它具有很高的理论放电比容量(170mAh/g)、稳定的放电平台(3.4V)、极好的安全性和循环稳定性。但由于其本身较低的离子扩散率和电子电导率,需要通过碳包覆、减小颗粒尺寸等方法对其进行改性处理。近年来,随着电动车等大型动力系统技术的发展,对二次电池的需求逐渐向大功率,,低成本迈进,锂的储量和成本将是限制其大规模应用的重要因素。钠离子二次电池与锂离子二次电池具有相似的性能,钠元素在地球上的储量比锂也更为丰富,从降低成本的角度出发,发展钠离子二次电池替代锂离子二次电池具有重要的现实意义。本文的主要研究内容包括提高现有锂离子二次电池正极材料的使用效率和研究开发钠离子二次电池正极材料两部分。第一部分中,引入廉价的工业化产品磷酸铁和草酸,利用草酸络合磷酸铁的性质,通过溶胶混料,主要采用喷雾干燥法制备LiFePO4/C材料,并对其制备工艺进行了初探。而后与溶胶凝胶法对比,研究了两种合成方法对LiFePO4/C材料形貌和性能的影响,结果表明,喷雾干燥法制备LiFePO4/C材料具有规整的球形形貌和更好的电性能。其次,以喷雾干燥法为主要研究对象,分析了烧结温度对LiFePO4/C电性能的影响,发现前驱体在600℃或700℃下烧结10小时得到的LiFePO4/C性能较好。第二部分中,寻找高比容量,安全稳定的钠离子二次电池正极材料是主要的研究内容。NaFePO4拥有磷酸盐系列钠离子二次电池正极材料中最高的理论比容量,且有两种不同的晶型(磷铁钠矿型和橄榄石型)。沿用第一部分中的方法,成功合成了磷铁钠矿型NaFePO4,发现所得材料在充放电循环时容量呈上升趋势。而后又通过电化学方法成功制备了橄榄石型NaFePO4,并对其电化学行为进行了研究。Na2FeP2O7是一种新型的钠离子二次电池正极材料。采用HEDP作为螯合剂和磷源,通过喷雾干燥法制备该材料,并利用XRD、Rietveld精修、傅里叶变换红外光谱、电感耦合等离子体光谱等方法对材料进行了表征。其次,以固相法为参照,比较了两种合成方法对其形貌和电性能的影响。此外还讨论了不同碳含量对Na2FeP2O7/C电性能的影响,结果表明,在加入蔗糖量在钠碳摩尔比为1：2时,Na2FeP2O7/C具有最好的倍率性能,并在此基础上研究了其充放电原理。
【关键词】：锂离子二次电池正极材料 LiFePO_4 钠离子二次电池正极材料 NaFePO_4 Na_2FeP_2O_7 喷雾干燥法
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 锂离子二次电池的工作原理及优缺点12-14
• 1.3 锂离子二次电池正极材料简述14-18
• 1.3.1 锂离子二次电池正极材料的选择14
• 1.3.2 锂离子二次电池正极材料的研究进展14-18
• 1.4 LiFePO_4正极材料18-24
• 1.4.1 LiFePO_4的结构18-19
• 1.4.2 LiFePO_4的电化学反应机理19-21
• 1.4.3 LiFePO_4的改性研究21-22
• 1.4.4 LiFePO_4的制备方法22-24
• 1.5 钠离子二次电池正极材料简述24-27
• 1.5.1 钠离子二次电池正极材料的分类24-26
• 1.5.2 钠离子二次电池正极材料研究进展26-27
• 1.6 论文的选题思路和工作内容27-28
• 第二章 实验方法28-32
• 2.1 实验试剂和仪器28-29
• 2.1.1 实验试剂28-29
• 2.1.2 实验仪器29
• 2.2 正极材料的表征29-30
• 2.3 正极材料的电性能测试30-32
• 2.3.1 电池组装30-31
• 2.3.2 充放电测试31
• 2.3.3 循环伏安法(CV)31-32
• 第三章 LiFePO_4/C正极材料的制备与研究32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 LiFePO_4/C正极材料的制备32-33
• 3.3 制备工艺的初步选择33-36
• 3.3.1 烧结温度的选择33-35
• 3.3.2 烧结气氛的选择35-36
• 3.4 不同方法对LiFePO_4/C形貌和电性能的影响36-42
• 3.5 烧结温度对电性能的影响42-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 NaFePO_4/C正极材料的制备与研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 磷铁钠矿型NaFePO_4/C的制备和研究47-52
• 4.2.1 磷铁钠矿型NaFePO_C/C的制备47-48
• 4.2.2 磷铁钠矿型NaFePO_4/C的表征48-50
• 4.2.3 磷铁钠矿型NaFePO_4/C的电化学性能测试50-52
• 4.3 橄榄石型NaFePO_4/C的制备和研究52-56
• 4.3.1 橄榄石型NaFePO_4/C的制备53
• 4.3.2 橄榄石型NaFePO_C/的表征53-54
• 4.3.3 橄榄石型NaFePO_4/C的电化学性能测试54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 Na_2FeP_2O_7/C正极材料的制备与研究58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 Na_2FeP_2O_7/C的制备与研究58-60
• 5.2.1 高温固相法制备Na_2FeP_2O_7/C58-59
• 5.2.2 喷雾干燥法制备Na_2FeP_2O_7/C59-60
• 5.3 Na_2FeP_2O_7/C材料的表征60-65
• 5.3.1 Na_2FeP_2O_7/C晶相的分析60-63
• 5.3.2 Na_2FeP_2O_7/C形貌的分析63-65
• 5.4 Na_2FeP_2O_7/C电性能的分析65-69
• 5.4.1 不同合成方法对电性能的影响65-66
• 5.4.2 不同含碳量对喷雾干燥法制备的Na_2FeP_2O_7/C性能的影响66-68
• 5.4.3 Na_2FeP_2O_7/C的充放电原理分析68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 参考文献72-81
• 攻读硕士学位期间学术成果81-82
• 致谢82-83

【共引文献】

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本文编号：1099493