学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

TiN改性LiFePO4/C正极材料的制备与电化学性能研究

作　者: 刘崇威
导　师: 郭瑞松
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 锂离子电池 磷酸亚铁锂 氮化钛 表面包覆
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 1次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文以商用LiFePO4/C为基体材料，使用高导电性的非氧化物TiN对其进行包覆，考察了复合包覆对LiFePO4正极材料的结构和电化学性能的影响。利用XRD、SEM和HRTEM对复合材料的相组成和微观结构形貌进行分析；采用恒电流充放电技术、交流阻抗技术、循环伏安法和恒电位阶跃法研究了TiN包覆对LiFePO4/C材料电化学性能的影响。采用酒精液相悬浮法制备了LiFePO4/C/TiN复合正极材料。HRTEM测试结果表明，纳米级TiN颗粒修复了LiFePO4颗粒表面不连续的C包覆层。分别制备了3wt%6wt%的TiN包覆的复合正极材料，考察了不同含量的TiN对其电化学性能的影响。测试结果表明，TiN包覆量为5wt%的样品首次充放电容量最大，其在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C和5C条件下的首次放比电容量分别为157.4mAh/g、152.7mAh/g、142.4mAh/g、134.3mAh/g、116.7mAh/g和88.1mAh/g，而未包覆TiN的样品在各倍率下的首次放电比容量分别为153.3mAh/g、144.6mAh/g、136.0mAh/g、120.2mAh/g、102.6mAh/g和65.0mAh/g，相对于未包覆的样品有了很大的提高。这说明适当含量的TiN能够明显改善材料的充放电性能，特别是高倍率性能。交流阻抗分析表明，包覆TiN可以明显降低材料的电荷转移电阻，其中包覆5wt%TiN的试样的电荷转移电阻从包覆前的114.7Ω降为30.4Ω。通过恒电位阶跃测试对比了各样品中锂离子的扩散系数，结果表明包覆5wt%TiN的试样的锂离子扩散系数最高可达2.20×10-10cm2/s。探索了碳热还原-原位氮化法制备TiN包覆的LiFePO4/C正极材料的制备工艺。分别在氮氢混合气氛和氨气气氛中进行反应，通过XRD物相分析，研究了反应发生的可能性；并在此基础上提出原位氮化反应可行性的建议方案，供后续研究参考。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章 文献综述  7-21
  1.1 前言  7
  1.2 锂离子电池正极材料的研究现状  7-10
  1.3 LiFePO_4的结构特点和工作原理  10-13
    1.3.1 LiFePO_4的结构特点  10
    1.3.2 LiFePO_4的工作原理  10-13
  1.4 LiFePO_4的合成工艺  13-16
    1.4.1 固相法  13-14
      1.4.1.1 高温固相法  13
      1.4.1.2 碳热还原法  13-14
    1.4.2 液相法  14-16
      1.4.2.1 溶胶-凝胶法  14
      1.4.2.2 水热合成法  14-15
      1.4.2.3 化学共沉淀法  15-16
  1.5 LiFePO_4存在的问题和改性研究  16-20
    1.5.1 LiFePO_4存在的问题  16
    1.5.2 LiFePO_4的改性研究  16-20
      1.5.2.1 掺杂改性  16-17
      1.5.2.2 包覆改性  17-19
      1.5.2.3 控制颗粒和形貌  19-20
  1.6 本课题研究内容及创新点  20-21
    1.6.1 课题研究内容  20
    1.6.2 课题创新点  20-21
第二章 实验过程  21-27
  2.1 实验原料及仪器  21-22
  2.2 液相悬浮法制备 TiN 包覆的 LiFePO_4/C 正极材料  22
  2.3 碳热还原-原位氮化法制备 TiN 包覆的 LiFePO_4/C 正极材料  22-23
    2.3.1 TiO_2溶胶的制备  22-23
    2.3.2 原位包覆的 LiFePO_4/C/TiN 复合正极材料的制备  23
  2.4 正极材料的结构分析与测试  23-24
    2.4.1 X-射线衍射分析  23-24
    2.4.2 扫描电镜分析  24
    2.4.3 透射电镜分析  24
    2.4.4 粉末电导率测试  24
    2.4.5 热重-示差量热扫描分析  24
  2.5 扣式电池的组装  24-25
    2.5.1 电池正极片的制备  24-25
    2.5.2 扣式电池的组装  25
  2.6 电池电化学性能的测试与表征  25-27
    2.6.1 充放电循环测试  25
    2.6.2 交流阻抗测试  25-26
    2.6.3 循环伏安测试  26
    2.6.4 恒电位阶跃测试  26-27
第三章 结果与讨论  27-48
  3.1 液相悬浮法制备 TiN 包覆的 LiFePO_4/C 的改性研究  27-42
    3.1.1 原料 TiN 的结构与形貌分析  27-28
    3.1.2 复合粉体的结构与形貌分析  28-29
    3.1.3 复合粉体的电导率分析  29-30
    3.1.4 电化学性能分析  30-42
      3.1.4.1 充放电容量  30-33
      3.1.4.2 循环性能与倍率性能  33-36
      3.1.4.3 交流阻抗  36-39
      3.1.4.4 循环伏安  39-40
      3.1.4.5 恒电位阶跃  40-42
  3.2 碳热还原-原位氮化法制备 TiN 包覆的 LiFePO_4/C 正极材料  42-48
    3.2.1 TG-DTA 分析  42-43
    3.2.2 氮氢混合气氛中碳热还原反应  43
    3.2.3 氨气气氛中碳热还原反应  43-45
    3.2.4 原位氮化反应  45-47
    3.2.5 碳热还原-原位氮化法制备 TiN 包覆的 LiFePO_4/C 正极材料可行性的展望  47-48
第四章 结论  48-49
参考文献  49-55
发表论文和参加科研情况说明  55-56
致谢  56

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. 锂离子电池负极材料钛酸锂的改性及其电化学性能研究,TM912
  5. 锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的制备及性能研究,TM912
  6. 从钛铁矿直接制备钛酸锂的研究,TM912
  7. 石墨负极低温性能影响因素及改进研究,TM912
  8. 锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成与改性,TM912
  9. 超级电容电池正极与负极材料的研究,TM912
  10. 锂离子电池电解液功能性添加剂和固体电解质的研究,TM912
  11. MgMn双元素掺杂改性LiFePO_4的研究,TM912
  12. 熔融盐法合成高密度锂离子电池正极材料LiNi_（1/3）Co_（2/3-X）Al_XO_2和LiNi_（1/3）Co_（1/3）Mn_（1/6）Al_（1/6）O_2,TM912
  13. 锂电池保护集成电路的研究与设计,TM912
  14. 高性能锂离子电池电极材料的研究,TM912
  15. 纳米复合聚合物电解质的制备及性能研究,TM912
  16. 锂离子电池正极材料氟磷酸钒锂的合成及电化学性能研究,TM912
  17. 三维有序大孔电极材料的制备及电化学性能研究,TM912
  18. 锂离子电池用PVDF/PMMA电纺膜的制备及电化学性能研究,TM912
  19. 锂离子电池正极材料LiFePO_4/C的制备及性能研究,TM912
  20. 离子液体/纳米复合聚合物电解质的制备及其电化学研究,O631.23
  21. 功能性磷腈聚合物材料的制备、结构与应用研究,O634.51

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