LiFePO4-C復(fù)合材料的合成、界面性質(zhì)及電化學(xué)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(yīng)、對環(huán)境污染小、快速充電、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。作為一類重要的化學(xué)電池，目前已在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)以及便攜式小型電器中得到廣泛應(yīng)用，并將逐步走向電動汽車動力領(lǐng)域。在鋰離子電池的發(fā)展研究中，相對于負(fù)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(guān)鍵因素。1997年，Goodenough等報道了一種新型的具有橄欖

2、石型結(jié)構(gòu)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(diǎn)，得到了人們的廣泛關(guān)注。但是，LiFePO4本身所特有的低的鋰離子擴(kuò)散速率和低的電子導(dǎo)電率成為限制其廣泛應(yīng)用的主要原因。
　　 在本論文在綜述LiFePO4鋰離子電極材料的國內(nèi)外研究概況的基礎(chǔ)上，主要對LiFePO4材料進(jìn)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(xué)性能測試等手段對LiFePO4/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。
　　 在第一章中，作者對鋰離子電池的發(fā)展歷史進(jìn)行了簡單介紹。對鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成，負(fù)極材料、電解液、隔膜和正極材料進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。并且，在閱讀大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiFePO4正極材料的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)充放電機(jī)理、常用的合成方法以及目前對其進(jìn)行的主要的改性研究方法進(jìn)行了重點(diǎn)論述。
　　 第二章主要介紹了在實(shí)驗(yàn)過程中所

4、使用的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試劑、材料的合成方法、材料的物理化學(xué)表征和測試方法、實(shí)驗(yàn)電池的組裝以及對材料進(jìn)行的常規(guī)電化學(xué)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(jìn)行了碳包覆改性研究。目前，對LiFePO4進(jìn)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(jī)碳源，在這個過程中，先形成

5、LiFePO4正極材料，然后有機(jī)碳源熱解，對LiFePO4進(jìn)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(fù)合材料，并將終產(chǎn)物分別編號為LFP/C-In和LFP/C-Ex。重點(diǎn)對使用兩種不同方法制備出來的LiFePO4/C材料進(jìn)行了界面性質(zhì)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(xué)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(jìn)行的電化學(xué)性能測試表明，具有緊密碳包覆結(jié)構(gòu)(存在化學(xué)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(xué)鍵連作用有利于提高LiFePO4材料的電化學(xué)性能。
　　 第四章使用方法B以蔗糖、葡萄糖和檸檬酸為有機(jī)碳源對已存在的LiFePO4正極材料進(jìn)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(jìn)行了物理化學(xué)性能測試。XRD數(shù)

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

8、O4/C復(fù)合物。并對LiFePO4/C復(fù)合物的表面物相進(jìn)行了分析。Fe的L邊XAS數(shù)據(jù)顯示，在碳包覆后樣品中產(chǎn)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(jìn)行了表面物相分析，結(jié)果顯示，在LiFePO4/C復(fù)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(jié)。闡述了本論文的創(chuàng)新和不