金属酞菁键合碳纳米管修饰LiFePO4正极材料的合成及电化学性能的研究

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1、分类号：０６１学校代码：ｉ〇６９７密级：公开学号：２０１５２０５８２ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｌ？士字位论文ＭＡＳ’ＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ金属酞菁键合碳纳米管修饰ＬｉＦｅＰ〇４正极材料的合成及电化学性能的研究学科名称：无机化学：作者徐非飞指导老师：赵建社教授西北大学学位评定委员会二〇一八年SynthesisandelectrochemicalperformanceofLiFePO4modifiedwithmetalphthalocyaninebondedcarbo

2、nnanotubeascathodematerialAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinInorganicChemistryByFei-feiXuSupervisor:Jian-sheZhaoProfessorMarch2018摘要摘要随着能源危机增大、环境污染加重，人类对新能源技术的要求越来越迫切。其中锂离子电池技术是新能源中最具有代表性的，也是最有发展前景的。在众多的锂离子电池正极材料中，

3、磷酸铁锂（LiFePO4）材料由于其诸多优点有较好的发展前景。但是其本身也存在一些缺陷，需要通过不同的途径来改善LiFePO4材料的不足。对LiFePO4材料进行改性修饰，提高材料本身的电性能，从而进一步推进锂离子电池在电动汽车、混合动力汽车等方面的应用。本论文采用了溶剂热和机械球磨两种不同方法合成LiFePO4材料，在合成过程中分别采用：单核金属酞菁键合碳纳米管（MPcTa-CNTs）、双核金属酞菁键合碳纳米管（M2(PcTa)2O-CNTs）、单核金属酞菁/碳纳米管（MPcTa/CNTs）和双核金属酞菁/碳纳米2+2+管（M2(PcTa)2O

4、/CNTs）四种不同的添加剂对LiFePO4材料进行改性（M=Mn，Co，2+2+2+Ni，Cu，Zn）。对合成的复合材料进行了一系列相关的材料表征，并将复合样品材料组装成纽扣电池进行了充/放电、循环伏安、阻抗、倍率和循环性能等一系列的电性能测试。结果表明：（1）采用溶剂热法合成的LiFePO4复合材料比机械球磨法合成的LiFePO4正极材料的电化学性能好；（2）两种方法中均是金属酞菁键合碳纳米管作为修饰物合成的材料要比金属酞菁与碳纳米管单纯混合的具有好的电化学性能；（3）两种不同的合成方法均是双核金属酞菁作为添加剂修饰合成的LiFePO4材料大

5、体上要比单核金属酞菁的电化学性能好；（4）各个系列中均是以中心金属为锰的酞菁作为添加剂修饰合成的LiFePO4材料的电化学性能最好；（5）总体来看，溶剂热法中以Mn2(PcTa)2O-CNTs修饰的LiFePO4复合材料具有最佳的电化学性能，在0.1C电流倍率下其首次放电的比-1容量为165.4mAhg，库伦效率达到99.2%，50次循环后（0.1C）比容量保留率是97.2%，电性能得到了很大程度的改善。关键词：锂离子电池，LiFePO4，金属酞菁，碳纳米管，正极材料I西北大学硕士学位论文ABSTRACTWiththeincreaseinener

6、gydemand,therehavebeensomeenvironmentalissues.Andtherequirementsofnewenergytechnologieshavebecomemoreandmoreurgent.Amongthem,lithium-ionbatterytechnologyisthemostrepresentativeandthemostpromisingtechnologyinnewenergy.Lithiumironphosphate(LiFePO4)materialhasmanyadvantagesinala

7、rgenumberofcathodematerialsoflithiumionbattery.However,therearedifferentwaystoimprovetheshortcomingsofLiFePO4materials.LiFePO4modifiedmaterialscanimprovetheelectrochemicalpropertiesofthematerialitself,whichisconductivetopromotinglithium-ionbatteriesinelectricvehicles,hybridve

8、hiclesandotherapplications.Inthispaper,twodifferentmethodsofsolvothe