橄榄石型锂离子电池正极材料的制备与性能研究

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本论文通过溶剂热法合成纯相磷酸铁锂纳米颗粒(LiFePO4),并分别以葡萄糖、沥青和PVDF为碳源对LiFePO4纳米颗粒进行碳包覆。通过材料性能表征结果表明,采用溶剂热法可获得均匀且分散性良好的LiFePO4纳米颗粒。LiFePO4、LiFePO4/HCC、LiFePO4/SCC和Li FePO4@C/F复合材料均物相结构良好,各元素的相对含量符合物质的化学计量比。将各种复合材料制作成模拟纽扣电池并对其电池性能进行循环伏安、充放电及电化学阻抗测试,通过分析伏安曲线的氧化还原峰、充放电容量、倍率特性、阻抗谱曲线,表明包覆改性后的Li Fe PO4具有更优的性能,其中以沥青作为碳源制得的LFP/SCC样品具有优良的电化学性能,其在0.2C倍率下首次放电容量可达到160.4mAhg-1。而氟掺杂/碳包覆对LiFePO4电化学性能的提高也很明显,其比容量达到147mAhg-1,表明这种优化方法对纯相磷酸铁锂的改性研究有着重大意义。磷酸铁锂的理论容量为170mAhg-1,商业磷酸铁锂容量一般在150-160mAhg-1,为了提高商业磷酸铁锂的容量,本文在商业磷酸铁锂的基础上复合氧化石墨烯,经过高温还原后得到C-LiFe0.97V0.03PO4/rGO复合材料在0.1C倍率下首次放电容量可达171.1mAhg-1,1C倍率下首圈放电容量可达169.4mAhg-1。本文的主要工作及创新点如下:1、通过溶剂热的方法合成纳米级磷酸铁锂,分别用硬碳和软碳包覆,逐步深入探讨水热和煅烧时间、温度等对材料结构以及性能的影响。最终发现溶剂热180℃2h,经过软碳包覆煅烧700℃6h后所得材料性能最佳,0.2C倍率下首次放电容量可达到160.4mAhg-1,循环100圈后放电容量仍可达158.3mAhg-1,容量下降率仅为1.3%。2、首次用PVDF作为碳源,对磷酸铁锂进行一次性氟掺杂碳包覆复合,0.1C倍率下放电容量可达147.6mAhg-1,充放电效率可达98.46%。3、将商业LFP和氧化石墨烯共混,乙二醇做溶剂,利用乙二醇的还原性和高温高压的作用还原氧化石墨烯的同时使LFP颗粒在石墨烯片层上重新排列,得到C-Li Fe0.97V0.03PO4/rGO复合材料,在石墨烯的作用下此材料的放电容量超出LFP的理论容量,0.1C倍率下首次放电容量可达171.1mAhg-1
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