LiFeBO3/C正极材料的合成及改性研究
硼酸铁锂（LiFeBO3）是一种新型具有发展潜力的正极材料，它的优势在于：比容量高(220mAh/g)、能量密度高(660Wh/Kg)、对环境友好以及成本低廉等。但是LiFeBO3材料表面稳定性差和电子电导率低等缺陷严重妨碍其商业化应用。本文在归纳概述锂离子正极材料发展现状的基础上，通过球磨喷雾辅助高温固相法合成LiFeBO3/C正极材料，并对合成工艺(球磨工艺，碳包覆含量以及煅烧条件)进行优化。再采用在电极制备浆液中添加碳纳米管/石墨烯导电剂以及铬离子取代的方法对LiFeBO3/C正极材料进行改性研究。 采用纳米球磨将LiOH·H2O,FeC2O4·2H2O和H3BO3原料均匀混合，探究不同球磨工艺参数对颗粒尺寸的影响。实验结果表明：采用固含量为30%，转速为800r/min以及球磨时间为240min的球磨工艺参数效果最佳。在优化球磨工艺基础上，探讨了碳包覆含量，煅烧温度以及保温时间对硼酸铁锂物理和电化学性能的影响。最终确定最佳碳包覆的含量为3wt%，煅烧条件为在550℃保温7.5h。 在优化合成工艺的基础上，探究碳纳米管和石墨烯导电添加剂对LiFeBO3/C电极电化学性能的影响。实验结果表明：添加3wt%石墨烯导电剂制备的LiFeBO3/C电极(3%GN+SP)表现出最佳的电化学性能，在0.1C倍率下首次放电比容量为189.6mAh/g。与未添加石墨烯导电剂的电极相比(SP)，放电比容量提升了20mAh/g。3%GN+SP电极在1C倍率下循环50次，容量保持率为95%。结合交流阻抗分析，3%GN+SP电极的电荷转移阻抗(Rct)为64.1Ω，而SP电极的Rct为215Ω。石墨烯导电剂的加入提高了电极整体的导电性从而带来电池性能的提高。 在优化合成工艺的基础上，探究铬离子取代量对LiFeBO3/C正极材料电化学性能的影响。结果发现：铬离子取代没有改变LiFeBO3/C的物相和表面形貌，铬离子取代量为0.005的LiFeBO3/C样品表现出最佳的电化学性能。LiFe0.995Cr0.005BO3/C样品在0.1C倍率下的首次放电比容量是196.3mAh/g，在5C倍率下的放电比容量高达90mAh/g。这主要归因于铬离子取代提高了LiFeBO3/C正极材料的电子电导率和锂离子的扩散速率。LiFe0.995Cr0.005BO3/C样品的电子电导率和锂离子扩散系数分别为4.75×10-5S/cm和9.70×10-13cm2s-1，均比纯相LiFeBO3/C样品高一个数量级。
硼酸铁锂;纳米球磨;石墨烯导电剂;Cr离子取代;电化学性能
上海应用技术大学
硕士
材料化学工程
章冬云
2017
中文
TM912;TM242
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）