锂离子电池LiFePO4/C正极材料的碳热还原法制备与性能研究
橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)具有理论容量高、循环性能好、资源丰富、价格低廉、对环境友善等优点,得到了社会各界的广泛关注。但是,由于磷酸铁锂本身结构所存在的缺点导致其电子电导率低和锂离子扩散系数小,不仅影响其大倍率放电,同时阻碍了其工业化应用。为改善磷酸铁锂材料的性能,本论文在前人原位聚合-碳热还原的基础上,以抗坏血酸及葡萄糖为碳源,通过改变磷酸铁锂制备工艺以期获得性能更为优越的LiFePO4/C复合正极材料。 采用原位聚合法制备FePO4/PANI前驱体,并对前驱体进行红外、热重分析。以FePO4/PANI前驱体、乙酸锂及一定量的抗坏血酸为原料,经人工湿磨至胶状物后转移至氛围下的管式烧结炉中进行烧结,采用两步烧结技术,先在350℃烧结5h后,冷却研磨,再经高温烧结一定时间即得LiFePO4/C正极材料。研究了不同烧结温度、烧结时间、碳含量对材料结构及性能的影响,XRD、SEM、CV、EIS及恒流充放电测试技术分别对其进行了表征。研究结果表明:当高温烧结温度为650℃,烧结时间为10h,抗坏血酸加入量为20％时,材料的性能最好。 在两步烧结的基础上,研究了将碳源(抗坏血酸)分两步加入(第一步烧结—低温烧结时加入部分抗坏血酸,第二步烧结—高温烧结时加入另一部分抗坏血酸)对材料性能的影响。碳源的两步加入,即相对于在球形基体的基础上,进行二次球形处理,使最终材料的形貌更加的均匀一致。对于碳源的两步加入,研究了烧结温度、烧结时间对材料电化学性能的影响,同时研究了碳源两次加入的不同质量比对材料性能的影响。研究结果表明,当质量比为1:1时,650℃下烧结10h所制备的材料的性能最佳。 研究了双碳源(抗坏血酸、葡萄糖)两步加入法对材料性能的影响。研究结果表明:以抗坏血酸与葡萄糖共同作为碳源,且采用两步法加入,当二者质量比为1:1时,所制备的材料具有比较均一的形貌且电化学性能良好;0.2C下的首次放电比容量为156.7mAh/g,循环10次后,材料容量仍保持98.4%;0.5、1、2、5C下,首次放电比容量分别为、136.7、114.9、108.7、65.7mAh/g,且1、2、5C下分别循环30次后,材料容量仍分别保持为98.4%、93.3%、91.7%。
锂离子电池;正极材料;碳热还原法;高温烧结;电化学性能
桂林理工大学
硕士
化学工艺
肖顺华
2013
中文
TM911.14;TM201.4
75
2014-01-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）