学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

新型锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂和富锂锰基化合物的合成

作　者: 王强
导　师: 张勤
学　校: 东北大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 锂离子电池 正极材料 磷酸亚铁锂 富锂正极材料 水热合成 固相合成
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


锂离子电池具有能量高、寿命长、污染低等特点,在众多领域都得到了广泛的应用,已经成为目前市场便携式电子产品的主要电源,也被认为是纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力汽车等理想的电源。锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸亚铁锂(LiFePO4)和三元材料(Li[NixCoyMn1-x-y]O2)是近几年来锂离子电池较具吸引力的三种正极材料。此外,富锂锰基化合物由于其较高的理论比容量(250mAh·g-1),也是极具吸引力的锂离子电池材料。从放电比容量的实际利用率、使用的时间、环境污染和价格成本方面看,橄榄石型结构的磷酸亚铁锂LiFePO4由于其低成本、资源丰富、对环境友好、电压平台适中(相对锂金属为3.4V),并且有着高理论比容量170mAh·g-1等优点,被认为是最有可能的锂离子动力电池材料之一。但是它也存在缺点,如低的电子、离子传导率制约电池的大电流性能,为了改善这一问题,进行LiFePO4掺杂是一种可行的方法。本论文结合XRD、SEM、红外光谱(FTIR)和电化学性质测试等现代测试手段,对正极材料LiFePO4的制备、结构及电化学性能进行了系统研究。同时,对富锂锰基化合物Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的固相法合成进行初步的探究。实验的第一部分以LiOH-H2O, H3PO4及FeSO4-7H2O作为反应原料进行水热法合成LiFePO4,并且对反应原料配比进行了探究,得到较佳的原料比为2.7：1：1。考察了水热反应温度、反应时间、抗氧化剂的加入量对LiFePO4/C的电化学性能、结构及形貌的影响。利用单因素获得的反应温度为230℃,抗氧化剂加入量为0.4g,水热反应不同时间合成LiFePO4,运用红外光谱、XRD、SEM等分析方法,考察了LiFePO4随水热合成反应时间的增加,结构和粒径大小的变化。通过正交实验确定出水热合成LiFePO4正极材料的较佳工艺条件为：水热反应温度240℃,反应时间3h,抗氧化剂加入量0.3g。较佳的工艺条件下合成的LiFePO4材料,掺碳焙烧后所得到的LiFePO4/C具有良好的电化学性能,在0.1C,1C和10C下的首次放电比容量分别为157.6mAh·g-1,142.6mAh·g-1和63.5mAh·g-1,在循环40次后,1C和10C倍率下放电比容量衰减率分别为6.4%和8.4%。实验的第二部分为进一步改善LiFePO4/C材料的电化学性能,对材料的Fe位进行Mg2+的掺杂,制备了LiFe1-xMgxPO4/C(x=0.01,0.02,0.03)系列样品,研究了Mg2+掺杂以及掺杂量对材料电化学性能的影响,结果表明掺杂量x=0.02时材料的电化学性能得到改善,在0.1C,1C和10C下的首次放电比容量分别为150.8mAh·g-1,125.6mAh·g-1和84.5mAh·g-1,改进了材料的倍率性能。在循环40次后,1C和10C倍率下放电比容量衰减率分别为3.0%和5.7%,循环性能有所改善。实验的第三部分采用固相法合成富锂锰基化合物Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2,研究了合成过程中添加草酸对基体放电比容量的影响。实验结果表明草酸的加入可以大幅度提高材料的比容量。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章 绪论  12-29
  1.1 引言  12
  1.2 锂离子电池的发展史  12-13
  1.3 锂离子电池的工作原理  13-14
  1.4 锂离子电池正极材料的研究发展  14-21
    1.4.1 锂离子电池正极材料的选择原则  14-15
    1.4.2 锂钴氧化物  15-16
    1.4.3 锂镍氧化物  16-17
    1.4.4 锂锰氧化物  17-18
    1.4.5 锂钒氧化物  18-19
    1.4.6 富锂锰基化合物  19-21
  1.5 LiFePO_4正极材料  21-27
    1.5.1 LiFePO_4的结构特征及脱嵌模型  22-24
    1.5.2 LiFePO_4的充放电机理  24
    1.5.3 LiFePO_4的制备方法  24-27
    1.5.4 LiFePO_4存在的问题和改进方法  27
  1.6 本论文研究的意义和主要内容  27-29
第二章 材料的电化学性能测试与表征方法  29-33
  2.1 材料的电化学性能测试手段  29-30
    2.1.1 制备电池极片  29-30
    2.1.2 组装扣式电池  30
    2.1.3 测试电池充放电性能  30
  2.2 材料的表征方法  30-33
    2.2.1 结构分析  30-31
    2.2.2 形貌分析(SEM)  31
    2.2.3 循环伏安测试  31-32
    2.2.4 交流阻抗测试  32-33
第三章 锂离子正极材料LiFePO_4的水热法制备  33-54
  3.1 引言  33
  3.2 实验主要试剂和设备  33-34
  3.3 实验过程  34-37
    3.3.1 单因素实验  36
    3.3.2 利用单因素实验得到的反应温度和抗氧化剂加入量，不同反应时间下水热合成LiFeP0_4前驱体  36
    3.3.3 正交实验  36-37
  3.4 实验结果和分析  37-53
    3.4.1 不同的反应原料比对材料电化学性能、结构及形貌的影响  37-39
    3.4.2 不同的反应温度对材料电化学性能、结构及形貌的影响  39-43
    3.4.3 不同的反应时间对材料电化学性能、结构及形貌的影响  43-45
    3.4.4 不同的抗氧化剂加入量对材料电化学性能、结构及形貌的影响  45-47
    3.4.5 利用单因素实验得到的反应温度和抗氧化剂加入量，不同反应时间下水热合成LiFeP0_4前驱体的结构和形貌的变化  47-50
    3.4.6 正交实验结果  50-53
  3.5 实验小结  53-54
第四章 Mg~(2+)掺杂对锂离子正极材料LiFePO_4的影响  54-58
  4.1 引言  54
  4.2 实验过程  54-55
  4.3 实验结果和分析  55-57
  4.4 实验小结  57-58
第五章 富锂锰基化合物正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2的固相法制备  58-62
  5.1 引言  58
  5.2 实验主要试剂和设备  58-59
  5.3 实验过程  59
  5.4 实验结果和分析  59-61
  5.5 实验小结  61-62
第六章 结论  62-63
参考文献  63-70
致谢  70

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. 锂离子电池电极材料黑磷与LiMn2O4的第一性原理研究,TM912
  5. 锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
  6. 芳香二羧酸配位聚合物的构筑与性能研究,O631.1
  7. 长链芳香多羧酸金属有机配位聚合物的合成、结构及性能研究,O631.3
  8. 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
  9. 高容量富锂层状固溶体锂离子电池正极材料的研究,TM912
  10. 过渡金属和有机胺修饰的磷钨及磷钼类杂多酸盐化合物的合成及性质研究,O611.4
  11. 硅基合金负极材料的制备及电化学性能的研究,TM912
  12. 新型锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3和Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2的制备及其电化学性能研究,TM912
  13. 水热法制备锂离子电池正极材料LiNi0.9Co0.1O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,TM912
  14. 水热合成碱土金属氟化物纳米材料以及掺杂稀土元素近红外性质研究,TB383.1
  15. 氧化钛纳米棒阵列薄膜的结构可控制备及其电化学性能,TB383.2
  16. 酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极材料的研究,TM912
  17. 锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的合成与改性,TM912
  18. 非接触式锂离子电池充电电路的设计与实现,TM912
  19. 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
  20. Co源对SnCo/C负极材料结构和电性能的影响,TM912
  21. LiFePO4锂离子电池低温性能研究,TM912

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