学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
锂离子电池关键材料FeF3和LiTi2(PO4)3的制备及性能研究
作 者: 周萌
导 师: 刘黎
学 校: 湘潭大学
专 业: 物理化学
关键词: 氟化铁 钴掺杂 磷酸钛锂 复合材料 锂离子电池
分类号: TM912
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 66次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
FeF3可进行可逆化学转换反应,其理论比容量高达712mAh/g,但FeF3离子键特征强、能带隙宽、导电性差,导致其实际比容量低、容量衰减快、倍率性能差,严重阻碍了它的实际应用。钠超离子导体型的LiTi2(PO4)3具有三维网状结构,Li+可在其晶体结构所含有的三维通道中迁移,因此,离子导电性较好,然而其差的电子导电性导致倍率性能较差。本论文以提高FeF3和LiTi2(PO4)3的导电性为目的,进而改善材料的电化学性能,尤其是提高材料的倍率性能。采用低温液相法合成FeF3·3H2O,经热处理后得到FeF3·0.33H2O和FeF3。研究表明,正交晶系的FeF3·0.33H2O具有最好的电化学性能。为了提高材料的电子导电性,将其与乙炔黑球磨并进行真空热处理制备FeF3·nH2O/C (n=3,0.33,0)纳米复合材料。结果表明,尽管三种材料的晶体结构不同,但在1.04.5V的电压范围内都可发生Fe3+还原为Fe0的可逆化学转换反应。FeF3·0.33H2O/C复合材料在2.04.5V的电压范围,0.1C和5C倍率下,其首次放电比容量分别为177.6,105.1mAh/g,循环100次后,其容量保持率分别高达83.8%和83.3%。为了进一步改善FeF3·0.33H2O的电化学性能,对其进行Co离子掺杂,制备了Fe1-xCoxF3·0.33H2O/C (x=0,0.03,0.05,0.07)复合材料,详细研究了钴掺杂量对材料结构和性能的影响。结果表明,Co离子成功地掺杂到Fe位,Co离子掺杂能大大提高材料的倍率性能和循环性能。Fe0.95Co0.05F3·0.33H2O/C纳米复合材料具有最佳的电化学性能,在2.04.5V电压范围,1C,2C,5C (1C=237mA/g)倍率下,其放电比容量分别为151.7,136.4,127.6mAh/g,循环100次后,其容量保留率高达92.0%,92.2%和91.7%。采用聚乙二醇溶胶-凝胶法制备LiTi2(PO4)3,并将其与乙炔黑球磨制备LiTi2(PO4)3/C复合材料。探讨了煅烧温度对LiTi2(PO4)3晶体结构和性能的影响,结果表明,850°C合成的LiTi2(PO4)3性能最佳。碳包覆能提高材料的电子导电率,减小电化学极化从而抑制电池的容量衰减。LiTi2(PO4)3/C复合材料在1.53.5V电压范围,0.1C,0.5C,1C,2C,5C和10C (1C=140mA/g)的倍率下,放电比容量分别为139.9,126.4,115.8,106.0,97.1,91.3mAh/g,10C倍率循环100次后其容量保持率达81.5%。
|
全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-10 第1章 绪论 10-27 1.1 引言 10 1.2 锂离子电池简介 10-14 1.2.1 锂离子电池的发展 10-12 1.2.2 锂离子电池的结构和工作原理 12-13 1.2.3 锂离子电池的特点 13-14 1.3 锂离子电池正极材料发展概况 14-17 1.3.1 LiCoO_2正极材料 15-16 1.3.2 LiNiO_2正极材料 16 1.3.3 LiMn2O_4正极材料 16 1.3.4 LiFePO_4正极材料 16-17 1.3.5 LiNixCoyMnzO_2正极材料 17 1.4 FeF_3正极材料研究进展 17-23 1.4.1 金属氟化物的反应机理 18-19 1.4.2 FeF_3的结构 19-21 1.4.3 FeF_3的制备及改性研究 21-23 1.5 LiTi_2(PO_4)_3正极材料研究进展 23-25 1.5.1 LiTi_2(PO_4)_3的结构 23-24 1.5.2 LiTi_2(PO_4)_3的制备方法 24 1.5.3 LiTi_2(PO_4)_3的电化学性能及改性研究 24-25 1.6 本课题的主要研究内容及意义 25-27 第2章 实验方法 27-33 2.1 实验药品及仪器 27-28 2.1.1 主要实验药品 27-28 2.1.2 主要实验仪器 28 2.2 材料的物理性能表征 28-30 2.2.1 热失重(TG)和差示扫描量热(DSC) 28-29 2.2.2 X-射线衍射(XRD) 29 2.2.3 扫描电镜(SEM) 29-30 2.2.4 透射电镜(TEM),能谱分析(EDX)和选区电子衍射(SAED) 30 2.2.5 X-射线光电子能谱(XPS) 30 2.3 扣式电池的制备 30-31 2.3.1 FeF_3极片的制备 30-31 2.3.2 LiTi_2(PO_4)_3极片的制备 31 2.3.3 电池的组装 31 2.4 材料的电化学性能表征 31-33 2.4.1 充放电性能测试 31 2.4.2 循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试 31-32 2.4.3 恒电流间歇滴定(GITT)分析 32-33 第3章 FeF_3·nH_2O/C (n= 3, 0.33, 0)的制备及性能研究 33-54 3.1 引言 33 3.2 材料的制备 33-34 3.2.1 FeF_3·nH_2O (n= 3, 0.33, 0)的制备 33-34 3.2.2 FeF_3·nH_2O/C (n= 3, 0.33, 0)复合材料的制备 34 3.3 FeF_3·nH_2O (n= 3, 0.33, 0)的结构和性能研究 34-40 3.3.1 物理性能表征 34-39 3.3.2 电化学性能表征 39-40 3.4 FeF_3·nH_2O/C (n= 3, 0.33, 0)复合材料的性能研究 40-52 3.4.1 物理性能表征 40-43 3.4.2 电化学反应机理研究 43-47 3.4.3 电化学性能表征 47-52 3.5 本章小结 52-54 第4章 Fe_(1-x)Co_xF_3·0.33H_2O/C (x= 0, 0.03, 0.05, 0.07)的制备及性能研究 54-70 4.1 引言 54 4.2 材料的制备 54-55 4.2.1 Fe_(1-x)Co_xF_3(x= 0, 0.03, 0.05, 0.07)的制备 54-55 4.2.2 Fe_(1-x)Co_xF_3·0.33H_2O/C (x= 0, 0.03, 0.05, 0.07)复合材料的制备 55 4.3 Fe_(1-x)Co_xF_3(x= 0, 0.03, 0.05, 0.07)的性能研究 55-58 4.3.1 物理性能表征 55-57 4.3.2 电化学性能表征 57-58 4.4 Fe_(1-x)Co_xF_3·0.33H_2O/C (x= 0, 0.03, 0.05, 0.07)复合材料的性能研究 58-68 4.4.1 物理性能表征 58-63 4.4.2 电化学性能表征 63-68 4.5 本章小结 68-70 第5章 LiTi_2(PO_4)_3/C 的制备及电化学性能研究 70-82 5.1 引言 70 5.2 材料的制备 70-71 5.2.1 LiTi_2(PO_4)_3的制备 70-71 5.2.2 LiTi_2(PO_4)_3/C 复合材料的制备 71 5.3 煅烧温度对 LiTi_2(PO_4)_3性能的影响 71-75 5.3.1 热重(TG)分析 71-72 5.3.2 X-射线衍射(XRD)分析 72-73 5.3.3 扫描电镜(SEM)分析 73 5.3.4 电化学性能分析 73-75 5.4 碳包覆对 LiTi_2(PO_4)_3性能的影响 75-81 5.4.1 X-射线衍射(XRD)分析 75 5.4.2 扫描电镜(SEM)分析 75-76 5.4.3 倍率性能 76-78 5.4.4 循环性能 78-79 5.4.5 循环伏安(CV)分析 79-80 5.4.6 交流阻抗(EIS)测试 80-81 5.5 本章小结 81-82 第6章 结论与展望 82-85 6.1 结论 82-83 6.2 展望 83-85 参考文献 85-92 致谢 92-93 个人简历 93-94 攻读硕士期间公开发表的学术论文 94-96
|
相似论文
- 长纤维增强铝基复合材料的高速弹丸撞击特性研究,TB332
- TZ3Y20A-SrSO4陶瓷基复合材料的制备及摩擦学性能,TB332
- Gr/Al-Mg复合材料抗热震与抗烧蚀性能研究,TB332
- (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的反应热压烧结及其力学性能,TB332
- 锂离子电池用多元Sn合金基碳复合材料的研究,TM912.9
- 锂离子电池硅碳负极材料的制备与性能研究,TM912.9
- 七坐标数控纤维铺放设备的控制系统及铺放头的研制,TG659
- 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
- 双重/三重响应性复合微球的制备与性能研究,O631.3
- 锂离子电池电极材料黑磷与LiMn2O4的第一性原理研究,TM912
- 席夫碱配合物的合成、表征及抗菌性能研究,O641.4
- 复合材料闭合薄壁梁的模态阻尼预测,TB33
- 具有形状记忆合金(SMA)纤维驱动的复合材料箱型薄壁梁的非线性变形,TB33
- 碳纤维表面处理及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究,TB332
- 丝素蛋白/磷酸钙复合材料的制备及性能研究,R318.08
- 自修饰法制备β-TCP/PLLA纳米可降解复合材料的研究,TB332
- 基于纳米材料修饰的过氧化氢传感器的研究,TP212.2
- PLLA/POSS纳米复合材料的制备及其微观结构性能的研究,R318.08
- 纳米贵金属核壳结构复合材料的制备、组装及性能的研究,TB383.1
- 硅基合金负极材料的制备及电化学性能的研究,TM912
- 分层复合材料薄壁圆柱壳的非线性振动分析,O322
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
|