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三维介孔LiFePO_4的合成及其电化学性能研究

作　者: 蔡若愚
导　师: 王文楼
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 物理化学
关键词: 锂离子电池 LiFePO4 前驱物 模板法 有序多孔
分类号: O614.111
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


LiFePO4目前是锂离子电池正极材料的研究热点之一，相对于其他正极材料有着良好的循环可逆性，平稳的充放电电压平台，价格低廉，稳定性好等优点。多孔材料中，周期结构孔材料孔径大小比较均一，孔壁厚薄比较均匀，液体传输所受到的阻力处处相等，在大电流放电情况下能够及时地输运。然而多孔纳米结构电极材料的研究仍然十分缺乏系统性远远落后于简单氧化物纳米结构材料。从这一角度出发，我们设法通过模板法来合成，提高电化学性质。我们在前人制备纳米结构氧化物的基础上，首先合成多孔模板KIT-6，再通过将前驱物Li（CH3COO）2·H2O, Fe（NO3）3·9H2O, H3PO4配成溶液灌入模板中，反应经过多步处理后去除模板再高温烧结得到三维多孔的LiFePO4，该方法制备的LiFePO4具有高度有序的规则结构，良好的电化学性能。经过在不同合成条件如前驱物溶液浓度，预烧温度等条件，前驱物的选择做了形貌与电化学的测试，得到最优化的条件。在目前已有的国内外文献报道中，这是首次合成。TEM测试结果表明合成的LiFePO4以高度有序的的规则排列，EDX测试表明没有模板Si存在，电池在0.1C的倍率下放电容量为158mAh/g，在5C的倍率下容量为110mAh/g，50次之后仍然保持98%以上，表现出优秀的循环性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-33
  1.1 概述  8
  1.2 锂离子电池发展  8-9
  1.3 锂离子电池结构与特点  9-11
  1.4 锂离子电池电极材料  11-20
    1.4.1 LiCoO_2 正极材料  12-13
    1.4.2 LiNiO_2 正极材料  13-14
    1.4.3 层状LiMnO_2  14-15
    1.4.4 尖晶石LiMn2O_4  15-17
    1.4.5 橄榄石型LiFePO_4  17-20
  1.5 LiFePO_4的制备方法  20-24
    1.5.1 高温固相法  20-21
    1.5.2 水热法  21-22
    1.5.3 液相共沉淀法  22
    1.5.4 溶胶-凝胶法  22-23
    1.5.5 微波合成  23
    1.5.6 氧化-还原合成  23-24
  1.6 LiFePO_4的改进  24-27
    1.6.1 引入导电剂  24-25
    1.6.2 金属离子掺杂  25-26
    1.6.3 降低颗粒尺寸  26-27
  1.7 论文调研与方案设计  27-28
  参考文献  28-33
第二章 三维立方模板KIT-6 的制备  33-47
  2.1 引言  33-34
  2.2 正极材料的模板合成  34-38
    2.2.1 LiCoO_2 正极材料  34-35
    2.2.2 LiNiO_2 正极材料  35
    2.2.3 锂锰氧化物正极材料  35-36
    2.2.4 Li_4Ti_5O_(12)  36
    2.2.5 LiFePO_4  36-38
  2.3 三维介孔模板KIT-6 的合成  38-40
    2.3.1 合成原料及设备  39
    2.3.2 合成步骤  39
    2.3.3 样品表征所用仪器和设备  39-40
  2.4 表征结果  40-42
  2.5 本章小结  42-43
  参考文献  43-47
第三章 介孔LiFePO_4的合成及其电化学性能研究  47-68
  3.1 引言  47-48
  3.2 实验部分  48-50
    3.2.1 合成原料及设备  48
    3.2.2 合成步骤  48
    3.2.3 样品表征所用仪器和设备  48-49
    3.2.4 电化学测试药品及设备  49
    3.2.5 电池组装及测试  49-50
  3.3 前驱物表征结果  50-51
  3.4 预烧温度的确定  51-56
  3.5 前驱物的选择、加碳与不加碳的区别  56-58
  3.6 前驱物浓度的影响  58-59
  3.7 电化学性质  59-61
  3.8 合成过程中可能产生的杂质分析  61-64
  3.9 总结  64-66
  参考文献  66-68
硕士期间论文发表情况  68-69
致谢  69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅰ族金属元素及其化合物 > 碱金属（ⅠA族）元素 > 锂Li
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