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锂离子电池正极材料LiFePO_4/C的制备及改性

作　者: 张功侃
导　师: 陈刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂离子电池 正极材料 LiFePO4/C 包覆 掺杂
分类号: TM912.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


LiFePO4作为一种新型锂离子电池正极材料,具有价格低廉、环境友好、循环性能好等优点。本文以碳热还原法制备LiFePO4/C,重点研究了不同蔗糖加入量及掺杂Mg2+对所制备的LiFePO4晶体结构和性能的影响。利用粉末X射线衍射法（X-ray Diffraction,XRD）,傅里叶-红外光谱法（Fourier Transform Infrared,FT-IR） ,扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）,恒流充放电,循环伏安等手段对LiPePO4的相结构、微观形貌及电化学性能等进行了分析。以LiNO3,Fe（NO3）3·9H2O,NH4H2PO4和C12H22O11为原料,采用碳热还原法合成样品,XRD分析结果表明,所合成的样品为橄榄石型LiFePO4。通过FT-IR和SEM分析发现,碳包覆在LiFePO4周围,发现蔗糖加入量增多,碳包覆到LiFePO4的量也随之增多,碳包覆层的厚度在20nm左右。循环性能测试表明蔗糖加入量为63mass%时,样品的循环性能最好,0.1C电流下的最高放电比容量为143.2mAh/g,2C电流下的放电比容量为99.8mAh/g。在做完2C电流循环40次后,再做0.1C电流下的循环性能测试,发现首次放电比容量为137.5mAh/g,样品具有良好的比容量恢复性。对蔗糖加入量为63mass%的样品进行掺杂Mg2+改性,XRD检测结果表明,合成的样品为橄榄石型的LiFePO4。随着掺杂量的增加,衍射峰向高角度偏移,说明Mg2+取代LiFePO4中的部分Fe2+。SEM检测发现,掺杂未对碳包覆层产生影响。Mg掺杂量为0.05时,即LiMg0.05Fe0.95PO4/C循环性能较好。0.1C电流下首次放电比容量为122.1mAh/g,2C电流下首次放电比容量为88.7mAh/g。采用碳热还原法合成样品,具有工艺简单,价格低廉,,对LiFePO4的电化学性能改善效果明显,在商品化LiFePO4方面有很好的应用潜力。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 锂离子电池的简介  10-14
    1.2.1 锂离子电池工作原理  10-11
    1.2.2 锂离子电池正极材料  11-14
  1.3 橄榄石型LiFePO_4  14-19
    1.3.1 LiFePO_4的结构  14-15
    1.3.2 LiFePO_4的制备方法  15-17
    1.3.3 LiFePO_4的充放电原理  17-19
  1.4 LiFePO_4的改性研究进展  19-20
    1.4.1 表面包覆导电材料  19
    1.4.2 掺杂高价金属离子  19-20
    1.4.3 提高离子扩散速率  20
  1.5 课题研究的意义和内容  20-22
第2章 实验材料及其方法  22-28
  2.1 实验主要原料  22-23
  2.2 实验仪器设备  23
  2.3 材料的合成方法  23-24
  2.4 物相组成及结构分析  24-25
    2.4.1 差热热重(TG–DTA)表征  24
    2.4.2 粉末X射线衍射(XRD)分析  24
    2.4.3 傅里叶－红外(FT-IR)光谱分析  24-25
    2.4.4 扫描电子显微镜(SEM)分析  25
  2.5 电极制备及电池装配  25-26
    2.5.1 电极的制备  25
    2.5.2 模拟电池组装  25-26
  2.6 电化学性能测试  26-28
    2.6.1 充放电性能测试  26-27
    2.6.2 循环伏安测试  27-28
第3章 LiFePO_4/C的制备及表征  28-49
  3.1 引言  28
  3.2 碳热还原法合成LiFePO_4/C  28-35
    3.2.1 样品的制备  28-29
    3.2.2 样品物相分析  29-30
    3.2.3 不同蔗糖含量的LiFePO_4/C的制备及结构分析  30-35
  3.3 样品的电化学性能测试  35-47
    3.3.1 正极组分的选择  35-36
    3.3.2 循环性能测试  36-46
    3.3.3 循环伏安测试  46-47
  3.4 本章小结  47-49
第4章 LiFe_(1-x)Mg_xPO_4/C的制备及表征  49-59
  4.1 引言  49
  4.2 LiFe_(1-x)Mg_xPO_4/C(x=0.01，0.03，0.05)的制备及结构分析  49-53
    4.2.1 制备LiFe_(1-x)Mg_xPO_4/C(x=0.01，0.03，0.05)  49
    4.2.2 样品物相分析  49-53
  4.3 样品的电化学性能测试  53-58
    4.3.1 循环性能测试  53-58
    4.3.2 循环伏安测试  58
  4.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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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 > 密封式蓄电池
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