固相法合成lifepo,4及其改性研究
38页1、应用化学专业毕业论文应用化学专业毕业论文 精品论文精品论文 固相法合成固相法合成 LiFePOLiFePO及其及其改性研究改性研究关键词:锂离子电池关键词:锂离子电池 正极材料正极材料 磷酸铁锂磷酸铁锂 高温固相法高温固相法 碳包覆碳包覆 掺杂改性掺杂改性摘要:磷酸铁锂(LiFePO4)作为新型锂离子电池正极材料具有高安全性、低成 本、高温性能好、环境友好等优点,并被认为是锂离子动力电池的首选正极材 料,因而成为目前电池界竞相开发与研究的热点。但由于本身晶体结构的限制, 纯净 LiFePO4 的电导性和离子扩散性能差,从而导致其实际比容量不高且大电 流放电性能差,因此需从提高 LiFePO4 材料的电子传导性和离子传导性着手来 对其进行改性研究。 本文利用球磨技术处理原材料,采用高温固相法制备 LiFePO4,并对其进行碳包覆、Mg2+体相掺杂改性研究和电极制备工艺研究。应 用 TG-DTA、XRD、SEM、CV、EIS 以及充放电测试等方法,系统地对其合成工艺、 材料改性、结构表征、电化学性能以及电极制备工艺等方面进行了研究。 结 果表明,掺入的碳不仅能有效防止 Fe2+氧化为 Fe
2、3+,而且碳作为成核剂能防止 材料颗粒长大,所得的碳包覆 LiFePO4 的晶粒形貌更规则、颗粒更细小且分布 更均匀;随着含碳量的增大,材料的振实密度明显减小;碳含量和焙烧温度对 材料的电化学性能有很大影响,从材料的实用化角度考虑,含碳量为 6,焙 烧温度为 650时,材料的电化学性能最优,首次放电比容量达 143mAhg-1。 在碳包覆的基础上,进行 Mg2+体相掺杂改性后所制备的 LiFe1-xMgxPO4/C 材料, 经过碳包覆租 Mg2+体相掺杂的双重改性后,不仅比容量有所升高,而且材料的 电压平台及循环性能明显改善;随着 Mg2+掺杂量的增加,材料的质量比容量先 增大后减小,其中 x=0.04 时,材料的电化学性能最优,首次放电比容量达 153mAhg-1。 研究了粘结剂(PTFE)含量、导电剂(乙炔黑)含量以及电 解液对 LiFePO4 的电极性能的影响,结果表明,电极制备工艺对材料性能的发 挥有重要影响:适合的粘结剂含量为 6;适合的导电剂含量为 15;在较低 倍率 0.1C 下,三组分有机溶剂(EC:DEC:DMC=1:1:1)表现出更优良的性能, 而在较高倍率 1C
3、下,二组分有机溶剂(EC:DMC=1:1)表现出更优良的性能; 导电盐 LiPF6 的性能明显优于 LiBF4。正文内容正文内容磷酸铁锂(LiFePO4)作为新型锂离子电池正极材料具有高安全性、低成本、 高温性能好、环境友好等优点,并被认为是锂离子动力电池的首选正极材料, 因而成为目前电池界竞相开发与研究的热点。但由于本身晶体结构的限制,纯 净 LiFePO4 的电导性和离子扩散性能差,从而导致其实际比容量不高且大电流 放电性能差,因此需从提高 LiFePO4 材料的电子传导性和离子传导性着手来对 其进行改性研究。 本文利用球磨技术处理原材料,采用高温固相法制备 LiFePO4,并对其进行碳包覆、Mg2+体相掺杂改性研究和电极制备工艺研究。应 用 TG-DTA、XRD、SEM、CV、EIS 以及充放电测试等方法,系统地对其合成工艺、 材料改性、结构表征、电化学性能以及电极制备工艺等方面进行了研究。 结 果表明,掺入的碳不仅能有效防止 Fe2+氧化为 Fe3+,而且碳作为成核剂能防止 材料颗粒长大,所得的碳包覆 LiFePO4 的晶粒形貌更规则、颗粒更细小且分布 更均匀;随着含碳量的增大
4、,材料的振实密度明显减小;碳含量和焙烧温度对 材料的电化学性能有很大影响,从材料的实用化角度考虑,含碳量为 6,焙 烧温度为 650时,材料的电化学性能最优,首次放电比容量达 143mAhg-1。 在碳包覆的基础上,进行 Mg2+体相掺杂改性后所制备的 LiFe1-xMgxPO4/C 材料, 经过碳包覆租 Mg2+体相掺杂的双重改性后,不仅比容量有所升高,而且材料的 电压平台及循环性能明显改善;随着 Mg2+掺杂量的增加,材料的质量比容量先 增大后减小,其中 x=0.04 时,材料的电化学性能最优,首次放电比容量达 153mAhg-1。 研究了粘结剂(PTFE)含量、导电剂(乙炔黑)含量以及电 解液对 LiFePO4 的电极性能的影响,结果表明,电极制备工艺对材料性能的发 挥有重要影响:适合的粘结剂含量为 6;适合的导电剂含量为 15;在较低 倍率 0.1C 下,三组分有机溶剂(EC:DEC:DMC=1:1:1)表现出更优良的性能, 而在较高倍率 1C 下,二组分有机溶剂(EC:DMC=1:1)表现出更优良的性能; 导电盐 LiPF6 的性能明显优于 LiBF4。 磷酸铁锂(LiFeP
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