微納米結(jié)構(gòu)鋰離子電池材料的設(shè)計(jì)，制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保能源，具有工作電壓高，能量密度大，循環(huán)性能好，無記憶效應(yīng)以及自放電小等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。在鋰離子電池的發(fā)展過程中，正負(fù)極材料已經(jīng)成為制約其大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸，因而制得性能優(yōu)越、價(jià)格便宜的正負(fù)極材料是鋰離子商業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵性因素。研究表明，與體相材料相比，鋰離子電極材料的納米化提升了電池的電化學(xué)行為，而納米電極材料的晶體結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌等對(duì)其電化學(xué)性能均有重要影響。因此，如何實(shí)現(xiàn)鋰離子電池電極材料

2、的納米化，并深入探討電極材料納米化與電池相關(guān)性能的優(yōu)化關(guān)系將是一個(gè)很有意義的研究課題。本文的主要研究內(nèi)容如下： 1．采用簡單的溶劑熱法，在苯甲醇的體系下，PVP作為表面活性劑，合成出了啞鈴型的LiFePO4微米結(jié)構(gòu)，它是由納米片自組裝形成的分級(jí)結(jié)構(gòu)。研究表明：PVP對(duì)LiFePo4啞鈴型自組裝分級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，起到至關(guān)重要的作用；通過對(duì)不同反應(yīng)時(shí)間下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，我們提出了這種特殊的LiFePO4啞鈴型結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，此過程經(jīng)歷

3、了一個(gè)溶解，重結(jié)晶的過程，中間伴隨著從一種物相到另一種物相的轉(zhuǎn)變。最后研究了其電化學(xué)性能，與商品化的LiFePO4樣品進(jìn)行對(duì)比，我們所合成的LiFePO4表現(xiàn)出了很好的循環(huán)穩(wěn)定性，在循環(huán)70次后容量幾乎沒有衰減。 2．用同樣的溶劑熱體系，合成了LiMnPO4材料，并成功引入鐵離子，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物不同摻雜比例的可控合成：LiMnyFe（1—y）PO4（y=0．2-0.6），利用XRD、ICP、晶胞參數(shù)和SEM等測(cè)試手段，深入探討了不同

4、的摻雜比例對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著鐵摻雜量的增加，LiMnyFe（1—y）PO4（y=0．2-0.6）結(jié)構(gòu)從長方體逐漸向啞鈴型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。 3．采用水熱法，成功合成了尺寸均勻、分散性好、形貌規(guī)整的ZnxCo3—xO4納米立方體，通過對(duì)PVP用量、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間和氨水的加入量等反應(yīng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZnxCO3—xO4納米材料的形貌尺寸和Zn元素?fù)诫s量的可控合成。并對(duì)不同尺寸的、ZnxCO3—xO4產(chǎn)物進(jìn)行