| 题名 | 锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与性能研究 |
| 作者 | 刘辉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-12 |
| 授予单位 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 |
| 授予地点 | 上海微系统与信息技术研究所 |
| 导师 | 解晶莹 |
| 关键词 | 锂离子电池 LiFePO4/C复合材料 导电网络 纳米 溶胶-凝胶法 |
| 其他题名 | Study of Lithium Iron Phosphates as Cathode Materials for Lithium-ion Batteries |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 橄榄石结构的LiFePO4作为新型锂离子电池正极材料具有高安全价、长寿命、低成本和环境友好等特点，因而成为目前电池界竞相开发与研究的热点。本文以合成高性能的LiFePO4/C复合材料作为研究目标，比较系统地从材料合成及改性方法、导电网络构建、结构特征、电化学性能及结构-性能关系等方面进行了研究。 首先考察了不同比表面积碳源对碳热还原过程制备LiFePO4/C复合材料结构和性能的影响。结果表明，采用不同比表面积的碳导电剂前驱物对LiFePO4高温固相反应过程中的晶粒长大活化能进行了计算，探讨了比表面积差异对LiFePO4晶粒大小的影响。研究表明，较大比表面积的碳导电添加剂能够明显抑制LiFePO4晶粒的长大，所得产品粒径较小，电化学性能变好。 基于LiFePO4 材料“纳米-微米”化的结构设计思路，以乙二醇甲醚和水为溶剂，采用新的溶胶-凝胶方法制备了具有纳米碳导电网络分布的LiFePO4/C复合材料。利用XRD、FE-SEM、EDS、HR-TEM对其进行了结构和形貌分析。所得材料一次粒子为纳米晶LiFePO4，二次粒子为微米级的纳米团簇体。蔗糖分解产生的碳原位包覆在LiFePO4晶粒表面，形成薄碳膜，厚度在5～8nm之间，晶粒与晶粒之间通过碳膜相互连接，使二次粒子内部形成导电网络。不同含碳量复合材料的比表面积测试结果表明，LiFePO4表面薄碳膜为多孔结构，Li＋迁移阻力较小。通过改变二次造粒的条件可以对材料的粒径进行调控，从而优化其振实密度。电化学测试表明，该复合材料具有优良的倍率性能和循环稳定性，10C倍率下充放电首次容量为108 mAh•g-1，电位平台3.15 V左右，循环50次后，容量保持率为95.4%。 论文提出了在LiFePO4正极材料中构建复合导电网络的材料制备思路，并通过凝胶前驱体辅助碳热还原法制备得到新型LiFePO4/C+Fe2P复合材料。分别考察了热处理温度和碳添加量对复合材料结构和性能的影响。实验发现，Fe2P在LiFePO4中所占比例对复合材料的电化学性能具有较大影响。较低的热处理温度(700℃)，碳过量3 wt. %，Fe2P比例为3.8%时，材料能表现出最优的电化学性能。我们还详细考察了Fe2P的生成对复合材料充放电循环过程和高温(55℃)电化学性能的影响。充放电循环过程中，不同电位下电极材料的XRD结果表明，Fe2P相在复合材料中结构稳定，不参与Li＋脱嵌过程，为非电化学活性材料。相比常温，其高温循环稳定性较差。结合TGA、XRD和FE-SEM分析确定了较低热处理温度下Fe2P相的生成反应。 尖晶石型Li4Ti5O12是目前锂离子电池负极热点研究材料，针对其电导率低、振实密度不高的问题，首次采用流变相法合成了具有窄粒径分布的Li4Ti5O12/C复合负极材料。复合负极材料的充放电容量和倍率性能较纯相Li4Ti5O12材料有明显提高。将此负极材料与LiFePO4正极材料组装成电池，Li4Ti5O12/LiFePO4全电池较之MCMB/LiFePO4全电池具有较平的充放电电压平台和无SEI膜生成。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-03-06 |
| 页码 | 140 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sim.ac.cn/handle/331004/83428]  |
| 专题 | 上海微系统与信息技术研究所_微系统、冶金所学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘辉. 锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与性能研究[D]. 上海微系统与信息技术研究所. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所. 2008. |
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