LiFePO4-C復合材料的合成、界面性質及電化學性能研究.pdf

1、作為一種有效的能源存儲體系，與其他充電電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、對環(huán)境污染小、快速充電、自放電率低等優(yōu)點。作為一類重要的化學電池，目前已在手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機以及便攜式小型電器中得到廣泛應用，并將逐步走向電動汽車動力領域。在鋰離子電池的發(fā)展研究中，相對于負極材料，鋰離子電池正極材料研究相對落后，成為限制鋰離子電池性能提高的關鍵因素。1997年，Goodenough等報道了一種新型的具有橄欖

2、石型結構的LiFePO4作為鋰離子電池正極材料。LiFePO4作為鋰離子正極材料，具有高容量、高熱穩(wěn)定性、無毒、廉價和環(huán)境友好等特點，得到了人們的廣泛關注。但是，LiFePO4本身所特有的低的鋰離子擴散速率和低的電子導電率成為限制其廣泛應用的主要原因。
　　 在本論文在綜述LiFePO4鋰離子電極材料的國內外研究概況的基礎上，主要對LiFePO4材料進行了碳包覆改性研究。利用XRD、Raman光譜、SEM、TEM、HRTEM、X

3、AS和電池電化學性能測試等手段對LiFePO4/C復合材料的結構和性能進行了表征。
　　 在第一章中，作者對鋰離子電池的發(fā)展歷史進行了簡單介紹。對鋰離子電池的結構組成，負極材料、電解液、隔膜和正極材料進行較為詳細的介紹。并且，在閱讀大量國內外文獻的基礎上，對橄欖石型結構的LiFePO4正極材料的結構、電化學充放電機理、常用的合成方法以及目前對其進行的主要的改性研究方法進行了重點論述。
　　 第二章主要介紹了在實驗過程中所

4、使用的實驗儀器、實驗試劑、材料的合成方法、材料的物理化學表征和測試方法、實驗電池的組裝以及對材料進行的常規(guī)電化學性能測試手段。
　　 第三章主要是通過兩種不同的碳包覆方法對LiFePO4正極材料進行了碳包覆改性研究。目前，對LiFePO4進行碳包覆改性主要有兩種方法，方法A是在加熱合成LiFePO4之前加入碳源，在這個過程中，碳層與LiFePO4同時形成;方法B是在合成LiFePO4正極材料之后加入有機碳源，在這個過程中，先形成

5、LiFePO4正極材料，然后有機碳源熱解，對LiFePO4進行碳包覆。在本章節(jié)中，分別使用方法A(溶膠-凝膠法)和方法B制備出LiFePO4/C復合材料，并將終產物分別編號為LFP/C-In和LFP/C-Ex。重點對使用兩種不同方法制備出來的LiFePO4/C材料進行了界面性質的研究。XAS數(shù)據(jù)顯示，使用方法A合成的LiFePO4/C材料中，碳與LiFePO4顆粒之間存在著C=O化學鍵連作用，而使用方法B合成的材料則不存在這種相互作用。

6、對兩種材料的進行的電化學性能測試表明，具有緊密碳包覆結構(存在化學吸附作用)的LFP/C-In樣品具有較好的倍率性能和循環(huán)性能。在LiFePO4-C界面處形成的化學鍵連作用有利于提高LiFePO4材料的電化學性能。
　　 第四章使用方法B以蔗糖、葡萄糖和檸檬酸為有機碳源對已存在的LiFePO4正極材料進行的碳包覆改性研究。使用XRD、Raman光譜、TEM和HRTEM等對合成出的LiFePO4/C進行了物理化學性能測試。XRD數(shù)

7、據(jù)顯示，進行包覆后，終產物中均沒有產生雜相，且碳包覆過程對其平均粒徑沒有較大的影響。HRTEM顯示，使用葡萄糖為碳源時，終產物中LiFePO4顆粒表面并沒有產生明顯的碳包覆層。在顆粒表面形成明顯的，均勻的，網絡相連的碳層，對提高LiFePO4電化學性能有很顯著的作用。電化學性能測試結果顯示，使用檸檬酸為碳源，更能有效的提高LiFePO4的電化學性能。
　　 第五章主要是使用方法B以蔗糖為有機碳源，對LK進行碳包覆，制備LiFeP

8、O4/C復合物。并對LiFePO4/C復合物的表面物相進行了分析。Fe的L邊XAS數(shù)據(jù)顯示，在碳包覆后樣品中產生了一定量的Fe3+。由于激光照射深度的限制，我們使用Raman光譜對LiFePO4/C進行了表面物相分析，結果顯示，在LiFePO4/C復合材料表面上有無定型的LiFeP2O7生成。因此，我們判斷Fe3+在LiFePO4/C中的存在形式為無定型LiFeP2O7。
　　 第六章主要是對本論文的總結。闡述了本論文的創(chuàng)新和不