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碳纳米管对锂离子电池正极材料磷酸铁锂的改性研究

作 者: 张磊
导 师: 陈小华
学 校: 湖南大学
专 业: 材料工程
关键词: 锂离子电池 磷酸铁锂 碳纳米管 原位包覆 非原位包覆
分类号: TM912
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 53次
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内容摘要


橄榄石型磷酸铁锂具有对环境友善,安全性能好,比容量高,循环性能好,价格便宜等优点,被认为是非常具有潜力的锂离子动力电池正极材料。然而,磷酸铁锂导电率低,高倍率性能差是限制其商业应用的主要缺陷。所以,对磷酸铁锂的改性研究势在必行,碳包覆就是其中最有效的手段。在碳包覆的研究领域,碳纳米管因其良好的导电性,优良的力学性能和独特的一维结构引起了高度的关注。本文以提高磷酸铁锂的电化学性能为主要目的,利用碳纳米管从原位和非原位两个方面对磷酸铁锂进行包覆改性研究,力求在磷酸铁锂中形成碳纳米管的导电网络结构,并且对改性后的磷酸铁锂的电化学性能进行了分析。非原位包覆方面,碳纳米管作为导电剂对磷酸铁锂进行包覆改性,通过碳纳米管的纯化,并且借助机械搅拌,超声等工艺,在3wt%MWCNTs和5wt%PVDF的条件下,形成了碳纳米管的导电网络结构。电化学性能测试表明,碳纳米管包覆后的磷酸铁锂在2C下放电比容量达到120mAh/g,相对于0.2C下容量衰减了20%,5C下达到80mAh/g,衰减47%;在0.25C下首次放电比容量为151mAh/g,50次循环过后为145.5mAh/g,只衰减了3.75%。原位包覆方面,采用固相球磨法制备出纳米级的磷酸铁锂,碳纳米管作为碳包覆的碳源对磷酸铁锂进行原位包覆。通过超声,搅拌等工艺手段,并且借助PVDF的分散作用和前驱体的预炭化,实现了碳纳米管在磷酸铁锂中的均匀分散和对磷酸铁锂的有效包覆。电化学性能测试表明,碳纳米管包覆后的磷酸铁锂在0.2C电流下放电比容量达到155mAh/g,2C下放电比容量仍有140mAh/g,相对0.2C下衰减9.68%;5C下放电比容量为116mAh/g,相对0.2C下衰减25.16%;10C下放电比容量为92mAh/g,相对0.2C下衰减40.64%。在0.2C下50次循环后放电比容量基本不衰减。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 引言  9
  1.2 锂离子电池  9-12
    1.2.1 锂离子电池的特点  9-11
    1.2.2 锂离子电池的组成及工作原理  11-12
  1.3 锂离子电池正极材料  12-15
    1.3.1 正极材料的选材要求  12
    1.3.2 正极材料的发展  12-15
  1.4 LiFePO_4的改性研究  15-17
    1.4.1 异相掺杂  15
    1.4.2 颗粒细化  15-16
    1.4.3 导电层包覆  16-17
  1.5 碳纳米管对LiFePO_4的包覆改性研究进展  17-19
    1.5.1 碳纳米管的结构,合成方法与特性  17-18
    1.5.2 碳纳米管对LiFePO_4包覆改性研究现状  18-19
  1.6 本论文研究意义、目的与内容  19-21
第2章 实验方案  21-27
  2.1 实验材料  21
  2.2 实验仪器、设备  21-22
  2.3 实验方法  22-27
    2.3.1 碳纳米管的纯化  22-23
    2.3.2 碳纳米管作为导电剂对LiFePO_4的非原位包覆改性实验方案  23
    2.3.3 纳米LiFePO_4的制备及MWCNTs的原位包覆实验方案  23-24
    2.3.4 锂离子纽扣电池制作  24-25
    2.3.5 表征及性能测试  25-27
第3章 碳纳米管作为导电剂对LiFePO_4的包覆改性研究  27-43
  3.1 碳纳米管的纯化对碳纳米管在LiFePO_4表面包覆效果的影响  28-31
  3.2 碳纳米管含量对LiFePO_4电化学性能的影响  31-36
    3.2.1 形貌分析  31-32
    3.2.2 电化学性能分析  32-36
  3.3 PVDF含量对碳纳米管在LiFePO_4表面包覆效果的影响  36-41
    3.3.1 形貌分析  37-39
    3.3.2 PVDF含量对LiFePO_4电化学性能的影响  39-41
  3.4 小结  41-43
第4章 纳米LiFePO_4的制备及碳纳米管的原位包覆  43-51
  4.1 XRD分析  44-45
  4.2 形貌分析  45-46
  4.3 电化学性能分析  46-49
  4.4 小结  49-51
结论与展望  51-53
  5.1 结论  51-52
  5.2 展望  52-53
参考文献  53-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 蓄电池
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