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LiFePO4正极材料的制备与改性研究

作　者: 屠智革
导　师: 池波
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: 锂离子电池 LiFePO4 热处理 LiFe0.98Ni0.02PO4
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


LiFePO4作为锂离子电池正极材料具有比容量高、合成原料价格低廉、环境友好、循环性能及安全性能优良等优点。是下一代锂离子电池正极材料的首选。然而导电性（电子导电性和离子导电性）差和Li+的扩散速率低、高倍率充放电性能差阻碍了LiFePO4的应用。本论文采用水热法制备LiFePO4,选取水热温度和水热时间这两个最为重要的参数进行调控,以制备结晶性好、纯度高的LiFePO4。采用XRD、FSEM、EDAX等测试分析,发现水热条件在180℃、3h下,制备得到的LiFePO4的结晶性最好、纯度最高。并进一步探讨了不同温度和时间下,水热法制备LiFePO4的合成机理及生长机理。为了提高LiFePO4的导电性、Li+的扩散速率及高倍率充放电的性能,采用热处理及Ni掺杂对LiFePO4进行改性研究。研究了热处理对LiFePO4的影响。通过TG测试分析,确定了较为合适的热处理工艺:在N2气氛保护下,热处理温度为900℃,时间为5h。采用XRD、FSEM、FTIR及电化学性能测试分析,对比了热处理前后LiFePO4的物相、形貌,发现处理后的LiFePO4的结晶性更好,颗粒尺寸更小;对LiFePO4的部分基团进行分析,解释了引起各点吸收峰出现的原因,确定了[PO4]基团是LiFePO4主要聚阴离子部分;采用电化学性能测试分析,解释了放电容量的提高、循环性能的改善及交流阻抗降低的原因;并计算了LiFePO4中Li+的扩散速率及解释了Li+扩散速率提高的原因。采用水热法制备了一系列的LiFe1-xNixPO4（x=1.0%、2.0%、5.0%、10.0%、20.0%、30.0%、40.0%）,并对LiFe1-xNixPO4进行了热处理。采用XRD、FSEM及EDAX测试分析,确定LiFe0.98Ni0.02PO4的结晶性最好、纯度最高和颗粒粒径最小。综合分析了LiFe0.98Ni0.02PO4的电化学性能,发现Ni的掺杂并未引起LiFe0.98Ni0.02PO4电位的改变,而是发生了晶格的畸变,从而导致Li+的迁移通道变得畅通;与热处理后的LiFePO4的0.1C的首次放电容量相比,热处理后的LiFe0.98Ni0.02PO4的放电容量增加了7mAh/g,循环性能更好;并采用CV法测试并计算了LiFe0.98Ni0.02PO4中Li+的扩散系数,与LiFePO4中Li+的扩散速率相比,LiFe0.98Ni0.02PO4的Li+的扩散系数提高了22.2%,并解释了Li+扩散系数提高的原因。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-26
  1.1 引言  10-11
  1.2 锂离子电池制造工艺流程  11
  1.3 锂离子电池的工作原理  11-12
  1.4 锂离子关键部件简述  12-17
  1.5 LiFeP0_4 的结构  17-18
  1.6 LiFeP0_4 的充放电机理  18-20
  1.7 LiFeP0_4 的容量计算  20
  1.8 LiFeP0_4 合成方法  20-22
  1.9 LiFeP0_4 存在的问题与改性  22-24
  1.10 国内外研究现状  24-25
  1.11 本文的研究思路及创新之处  25-26
2 实验试剂、仪器及表征与测试方法  26-30
  2.1 实验试剂及实验仪器  26-27
  2.2 表征与测试方法  27-30
3 LiFeP0_4正极材料的水热法制备  30-43
  3.1 引言  30
  3.2 实验  30-32
  3.3 结果与讨论  32-42
  3.4 本章小结  42-43
4 热处理对LiFeP0_4正极材料的影响  43-52
  4.1 引言  43
  4.2 实验  43-44
  4.3 结果与讨论  44-50
  4.4 本章小结  50-52
5 LiFe_xNi_(1-x)P0_4正极材料的水热法制备  52-59
  5.1 引言  52
  5.2 LiFeP0_4 粉体制备  52-53
  5.3 高温煅烧  53
  5.4 电极的制备及半电池的组装  53
  5.5 结果与讨论  53-58
  5.6 本章小结  58-59
6 结论与展望  59-60
  6.1 结论  59
  6.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-66

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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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