铁基材料作为锂离子电池正极材料的研究

发布时间：2017-10-05 10:19

  本文关键词：铁基材料作为锂离子电池正极材料的研究

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【摘要】：本文针对锂离子电池正极材料的研究热点,使用微波液相结晶法制备FePO4以及通过固相法制备Li FePO4。首先,研究了微波液相结晶过程中反应时间和反应温度对结晶产率的影响;在此基础上研究了金属离子掺杂对FePO4电化学性能的影响,并利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)以及电化学分析等手段表征了产品的晶体结构、形貌和电化学性能。其次,以葡萄糖、Li2CO3以及微波法制得的FePO4为原料通过固相法制备了LiFePO4,研究了反应时间对Li FePO4性能的影响,通过XRD、SEM、电化学分析、粒度分析等分析表征方法对LiFePO4进行了表征。在此基础上,研究了金属离子掺杂对LiFePO4性能的影响,并对掺杂LiFePO4进行了分析表征。实验结果表明:微波法制备FePO4的反应体系中,在磷铁比为6:1时,反应温度和反应时间均对FePO4的产率有影响,随着温度的逐渐升高,体系中FePO4成核的速率也逐步加快,在一定时间范围内随着反应时间的加长产品的产率也增加;以Cr3+、Mg2+、Zn2+对FePO4进行掺杂,离子掺杂对FePO4性能有一定的影响,Mg2+掺杂对FePO4的影响最大,与纯FePO4相比,掺杂Mg2+的FePO4的首次放电比容量增加了2.3倍。固相法制备LiFePO4的反应中,反应时间会影响LiFePO4电化学性能,实验结果表明:反应时间为8 h时,Li FePO4有较好的电化学性能。以金属离子对LiFePO4进行掺杂,结果表明,与Fe2+异价的金属离子掺杂LiFePO4后,其电化学性能比掺杂前有所改变,其中,V5+对LiFe PO4的影响最大,V5+掺杂后其首次放电比容量从133.8 mAh/g提升至158.5 m Ah/g,且表现出良好的倍率放电性能。
【关键词】：微波结晶 磷酸铁 磷酸铁锂 掺杂 固相法 机理
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.11;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-31
• 1.1 电池的发展简史8-9
• 1.2 锂电池的发展及其工作原理9-10
• 1.2.1 锂离子电池的发展9
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理9-10
• 1.3 锂离子电池正极材料10-28
• 1.3.1 LiCoO_211
• 1.3.2 LiMn_2O_411-12
• 1.3.3 LiNiO_212
• 1.3.4 三元正极材料12-13
• 1.3.5 钒的氧化物13-14
• 1.3.6 其他正极材料14
• 1.3.7 FePO_4及Li FePO_4的研究进展14-28
• 1.4 研究目的、内容及创新点28-31
• 1.4.1 本文的研究目的28-29
• 1.4.2 本文的研究内容29
• 1.4.3 创新点29-31
• 第二章 实验材料及方法31-38
• 2.1 实验材料与药品31-32
• 2.1.1 实验药品与试剂31-32
• 2.2 实验方法32-35
• 2.2.1 微波结晶法制备FePO_4、掺杂FePO_432-34
• 2.2.2 固相法制备LiFePO_434
• 2.2.3 固相法制备掺杂LiFePO_434-35
• 2.2.4 电极的制备与电池的组装及测试35
• 2.3 试样表征方法35-38
• 2.3.1 X射线粉末衍射35
• 2.3.2 样品的形貌分析35
• 2.3.3 电感耦合等离子体质谱法分析(ICP-MS)35-36
• 2.3.4 交流阻抗分析36
• 2.3.5 充放电测试36-37
• 2.3.6 粒度分布分析37
• 2.3.7 循环伏安测试37-38
• 第三章 金属离子掺杂对FePO_4性能的影响38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 时间和温度对FePO_4结晶产率的影响38-40
• 3.3 金属离子掺杂对FePO_4性能的影响40-45
• 3.3.1 离子掺杂试样的含量分析(ICP-MS)40-41
• 3.3.2 离子掺杂试样的XRD分析41-42
• 3.3.3 离子掺杂试样的表面形貌分析42
• 3.3.4 离子掺杂试样的的交流阻抗分析42-44
• 3.3.5 离子掺杂试样的的CV分析44
• 3.3.6 离子掺杂试样的电池性能测试44-45
• 3.3.7 FePO_4掺杂提高导电率的机理探究45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 金属离子掺杂LiFePO_4的性能47-65
• 4.1 引言47-48
• 4.2 烧结时间对LiFePO_4性能的影响48-54
• 4.2.1 LiFePO_4试样的XRD分析48
• 4.2.2 LiFePO_4试样的SEM分析48-49
• 4.2.3 LiFePO_4试样的粒度分析49-50
• 4.2.4 LiFePO_4试样的交流阻抗分析50-52
• 4.2.5 试样CV分析52
• 4.2.6 试样的电池性能测试52-54
• 4.3 离子掺杂对LiFePO_4性能的影响54-63
• 4.3.1 离子掺杂LiFePO_4的XRD分析54-55
• 4.3.2 离子掺杂LiFePO_4的表面形貌分析55-56
• 4.3.3 离子掺杂LiFePO_4的CV分析56-57
• 4.3.4 离子掺杂LiFePO_4的交流阻抗57-59
• 4.3.5 离子掺杂LiFePO_4的电池性能测试59-62
• 4.3.6 掺杂作用机理分析62-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-76

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本文编号：976239