学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

锂离子电池正极材料LiFePO4及Li2FeSiO4的合成及改性研究

作　者: 沈超
导　师: 张宝
学　校: 中南大学
专　业: 环境工程
关键词: 锂离子电池 正极材料 LiFeP04 Li2FeSiO4 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 30次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


锂离子电池正极材料LiFePO4和Li2FeSi04均具有原料丰富、无毒、热稳定性强、循环性能好、理论容量高等优点,被认为是极具发展潜力的锂离子电池正极材料。本文以LiFePO4和Li2FeSi04为研究对象,对其合成工艺和材料改性进行了系统研究。前驱体FePO4·χH2O对合成LiFePO4结构与电化学性能有较大影响,通过液相沉淀法制备得到了纯相的FePO4·χH2O,详细探讨了反应物浓度对前驱体FePO4·χH2O及LiFePO4性能的影响。在既定条件下,当反应物浓度为1.0mol·L-1时合成的FePO4·2H2O结构与性能较好,以此为前驱体合成的LiFePO4电化学性能较优。针对Li2FeSiO4正极材料电子电导率低和离子扩散能力差的缺点,采用柠檬酸配合法合成Li2FeSiO4正极材料,对加入柠檬酸与未加入柠檬酸两种方法合成的Li2FeSiO4样品进行了比较,结果表明柠檬酸配合法合成的样品结晶度更完整,颗粒分布均匀,电化学性能较好,样品在C/16倍率下的首次放电比容量为135.4 mAh·g-1,30次循环后容量衰减率为15.7%；同时研究了不同配合比对Li2FeSiO4样品物理及电化学性能的影响,结果表明,配合比k=1.0时材料的物理及电化学性能最佳。研究发现,单一碳源掺杂对Li2FeSiO4/C电化学性能改进效果有限,探索了复合有机碳源对Li2FeSiO4/C的电化学性能的影响。研究表明,掺入35%柠檬酸+5%葡萄糖+25%均苯四甲酸酐的复合有机碳源对Li2FeSiO4/C材料的电化学性能改进效果显著；同时较系统研究了烧结温度和烧结时间对复合碳源改性后的材料的物相结构、微观形貌和电化学性能的影响。研究表明最佳合成条件：烧结温度为700℃,烧结时间为20h。在最佳合成条件下制备的Li2FeSiO4/C(F3)材料的电化学性能较好,样品在C/16倍率下的首次放电比容量为157.5 mAh·g-1,经30次循环后比容量保持率为92.06%。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗图谱法(EIS)对Li2FeSiO4/C(F3)的电极界面锂脱/嵌动力学行为作进一步研究,测试结果表明掺入复合有机碳源进行表面改性后电极极化减小,可逆性和电化学性能显著提高。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 文献综述  12-35
  1.1 引言  12
  1.2 锂离子二次电池简介  12-17
    1.2.1 锂离子电池工作原理  12-13
    1.2.2 锂离子电池的优点  13
    1.2.3 锂离子电池的组成  13-17
  1.3 锂离子正极材料研究进展  17-34
    1.3.1 钴酸锂(LiCoO_2)  17-18
    1.3.2 锰酸锂(LiMn_2O_4)  18-19
    1.3.3 镍酸锂(LiNiO_2)  19
    1.3.4 三元正极材料(LiNi_(1/3)CO_(1/3)Mn_(1/3)O_2)  19-20
    1.3.5 钒基材料  20-21
    1.3.6 磷酸铁锂(LiFePO_4)  21-28
    1.3.7 硅酸亚铁锂(Li_2FeSiO_4)  28-34
  1.4 本研究的意义和内容  34-35
第二章 反应物浓度对FePO_4·xH_2O及LiFePO_4性能的影响  35-45
  2.1 引言  35
  2.2 实验  35-37
    2.2.1 实验原料和设备  35-36
    2.2.2 前驱体反应机理  36
    2.2.3 实验步骤  36-37
  2.3 检测方法及仪器  37-38
    2.3.1 热重-差热分析(TG-DTA)  37
    2.3.2 元素分析(ICP)  37-38
    2.3.3 X射线粉末衍射(XRD)  38
    2.3.4 扫描电镜(SEM)  38
    2.3.5 电池组装和电化学性能测试  38
  2.4 反应物浓度对前驱体FePO_4·xH_2O的影响  38-41
    2.4.1 晶态前驱体FePO_4的物相结构  38-39
    2.4.2 前驱体FePO_4·xH_2O的微观形貌  39-40
    2.4.3 前驱体FePO_4·xH_2O中Fe含量  40-41
  2.5 反应物浓度对LiFePO_4的影响  41-44
    2.5.1 LiFePO_4材料的物相结构  41-42
    2.5.2 LiFePO_4材料的微观形貌  42-43
    2.5.3 LiFePO_4材料的充放电性能  43
    2.5.4 LiFePO_4材料的循环性能  43-44
  2.6 本章小结  44-45
第三章 柠檬酸配合法合成Li_2FeSiO_4及性能研究  45-57
  3.1 引言  45
  3.2 实验  45-47
    3.2.1 实验原料和设备  45-46
    3.2.2 实验步骤  46-47
  3.3 检测方法及仪器  47-48
    3.3.1 差热-热重分析(TG-DSC)  47
    3.3.2 激光粒度分析  47
    3.3.3 X射线粉末衍射(XRD)  47
    3.3.4 扫描电镜(SEM)  47
    3.3.5 电池组装和电化学性能测试  47-48
  3.4 前驱体的TG-DSC曲线分析  48
  3.5 合成方法对合成前驱体及Li_2FeSiO_4材料的影响  48-53
    3.5.1 前驱体的粒径分布  49
    3.5.2 前驱体的微观形貌  49-50
    3.5.3 Li_2FeSiO_4材料的物相结构  50-51
    3.5.4 Li_2FeSiO_4材料的微观形貌  51
    3.5.5 Li_2FeSiO_4材料的充放电性能  51-52
    3.5.6 Li_2FeSiO_4材料的循环性能  52-53
  3.6 配合比对Li_2FeSiO_4材料结构与性能的影响  53-56
    3.6.1 Li_2FeSiO_4材料的物相结构  53
    3.6.2 Li_2FeSiO_4材料的微观形貌  53-55
    3.6.3 Li_2FeSiO_4材料的充放电性能  55
    3.6.4 Li_2FeSiO_4材料的循环性能  55-56
  3.7 本章小结  56-57
第四章 复合有机碳源对Li_2FeSiO_4/C材料的改性研究  57-75
  4.1 引言  57
  4.2 实验  57-60
    4.2.1 实验原料和设备  57-58
    4.2.2 复合有机碳源选择  58-59
    4.2.3 实验步骤  59-60
  4.4 实验检测方法及仪器  60-61
    4.4.1 碳含量分析  60
    4.4.2 X射线粉末衍射(XRD)  60
    4.4.3 扫描电镜(SEM)  60
    4.4.4 电池组装和电化学性能测试  60
    4.4.5 循环伏安的测量  60
    4.4.6 电极的交流阻抗图谱的测定  60-61
  4.5 复合有机碳源对Li_2FeSiO_4/C材料结构与性能的影响  61-64
    4.5.1 Li_2FeSiO_4/C材料的物相结构  61
    4.5.2 Li_2FeSiO_4/C材料的微观形貌  61-62
    4.5.3 Li_2FeSiO_4/C材料的充放电性能  62-63
    4.5.4 Li_2FeSiO_4/C材料的循环性能  63-64
  4.6 烧结温度对Li_2FeSiO_4/C材料结构与性能的影响  64-67
    4.6.1 Li_2FeSiO_4/C材料的物相结构  64-65
    4.6.2 Li_2FeSiO_4/C材料的微观形貌  65-66
    4.6.3 Li_2FeSiO_4/C材料的充放电性能  66
    4.6.4 Li_2FeSiO_4/C材料的循环性能  66-67
  4.7 烧结时间对Li_2FeSiO_4/C材料结构与性能的影响  67-71
    4.7.1 Li_2FeSiO_4/C材料的物相结构  68
    4.7.2 Li_2FeSiO_4/C材料的微观形貌  68-69
    4.7.3 Li_2FeSiO_4/C材料的充放电性能  69-70
    4.7.4 Li_2FeSiO_4/C材料的循环性能  70-71
  4.8 Li_2FeSiO_4/C_((F3))电极的CV和EIS研究  71-73
    4.8.1 Li_2FeSiO_4/C_((F3))电极的CV研究  71-72
    4.8.2 Li_2FeSiO_4/C_((F3))的EIS研究  72-73
  4.9 本章小结  73-75
第五章 结论  75-77
参考文献  77-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间研究成果  88

相似论文

  1. 锂离子电池用多元Sn合金基碳复合材料的研究,TM912.9
  2. 锂离子电池硅碳负极材料的制备与性能研究,TM912.9
  3. 用于回收废旧锂离子电池中贵金属钴的螯合剂的合成及其性能研究,X76
  4. LSGM电解质薄膜制备与电化学性能研究,TM911.4
  5. 锂离子电池电极材料黑磷与LiMn2O4的第一性原理研究,TM912
  6. 锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
  7. 氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池低温性能的影响及其机理的研究,TM912
  8. 纳米磷酸铁锂的制备与改性,TM912
  9. LiFePO4正极材料的制备与改性研究,TM912
  10. 镁合金表面MoS2/树脂杂化层的制备及其性能研究,TG174.4
  11. 锂离子电池正极材料LiFePO4的合成及电化学性能研究,TM912
  12. 石墨烯及其它基底上二氧化锡纳米棒阵列的生长、性能及器件,TB383.1
  13. Mg-Ni-La块体金属玻璃体系的晶化和储氢性能研究,TG139.8
  14. 新型可充镁电池正极材料硅酸钴镁的制备及性能研究,TM912
  15. 多孔五氧化二钒电极材料的合成、表征及性能研究,O614.511
  16. 石墨负极低温性能影响因素及改进研究,TM912
  17. 新型锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备与改性研究,TM912
  18. 锌电积用新型铅基合金阳极的制备及性能研究,TF81
  19. 钒基固溶体合金/稀土AB_(3.5)复合储氢材料的电化学性能研究,TG139.7
  20. Ti-Al层状复合电极材料制备工艺与性能的研究,TB331

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
© 2012 www.xueweilunwen.com