鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的可控合成及其改性研究.pdf

1、鋰離子電池（Lithium-ion batteries，LIBs）系統(tǒng)作為當(dāng)前最有前途的儲能系統(tǒng)之一，是能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)和新能源車載動力儲能設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分。磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）因具有安全性出色、理論比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)點，成為鋰離子電池界的熱點正極材料。然而LiFePO4因自身低電子電導(dǎo)率和低鋰離子擴散系數(shù)限制了其進一步應(yīng)用。針對其實際應(yīng)用中的問題，本論文結(jié)合顆粒形貌優(yōu)化和材料表面修飾等手段對LiFePO4

2、材料進行改性研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　通過兩步溶劑熱法制備中空LiFePO4微球材料，在此基礎(chǔ)上通過單因素法優(yōu)化實驗條件，研究不同實驗參數(shù)對合成LiFePO4材料的影響規(guī)律，得到優(yōu)化的中空LiFePO4微球合成的參數(shù)條件：合成時間4h、反應(yīng)溶劑為乙二醇、溫度為180℃、pH值為7。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化制備的材料為純相橄欖石型LiFePO4結(jié)構(gòu)，同時具有空心結(jié)構(gòu)的球體形貌。該三維結(jié)構(gòu)能縮短體相中電子傳輸和Li+擴散距離，所得材料在0.1

3、C倍率下首次充放電比容量分別為145.3mA·h/g和143.2mA·h/g，在0.5C、1C、2C和5C下的放電比容量分別為130.4、117.5、101.3和82.7mA·h/g，同時在0.1C循環(huán)100次后容量損失低于5％。
　　采用碳納米卷（CNS）和抗壞血酸（Vc）兩種材料對LiFePO4中空微球材料進行碳包覆改性，分別制備LFP/CNS和LFP/C復(fù)合材料，兩者均保持LiFePO4中空微球的微觀結(jié)構(gòu)，并在球體表面實現(xiàn)均

4、勻的碳包覆。LFP/CNS和LFP/C材料在0.1C下首次放電比容量達到160.3mA·h/g和156.3mA·h/g，兩者在較高的不同倍率下循環(huán)60次后的容量保持率分別為94.5%和92.8%。碳包覆提高了材料的電子電導(dǎo)率，其電化學(xué)性能較純相LiFePO4中空微球有很大提升。此外，LFP/CNS中形成了顆粒間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使材料整體性能進一步提升。
　　利用原纖化納米纖維素（NFC）良好的力學(xué)性能以及石墨烯極高的電子電導(dǎo)率，使用真空