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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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目橄榄石型锂离子电池正极材料的制备与性能研究学科专业电气工程学号201521170208作者姓名蒋微微指导教师吴孟强教授分类号密级注1UDC学位论文橄榄石型锂离子电池正极材料的制备与性能研究（题名和副题名）蒋微微（作者姓名）指导教师吴孟强教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电气工程提交论文日期2018.04.09论文答辩日期2018.05.22学位授予单位和日期电子科技大学2018年6

2、月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。StudyonPreparationandpropertiesofolivinetypelithiumionbatterycathodematerialAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectricalengineeringAuthor:WeiweiJiangSupervisor:Prof.MengqiangWuSchool:SchoolofMaterialsandEnergy

3、摘要摘要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LiFePO4@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LiFePO4具有更优的性能，其

4、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

5、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

6、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-LiFe0.97V0.03PO4/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。关键词：磷酸铁锂，溶剂热，软碳，硬碳，氟掺杂，石墨烯复合IABSTRACTABSTRACTInthisthesis,thedesignandsynthesisofphase-purelithiumironphosphate(LiFePO4)nanoparticlesbysolvothermalmethoda

7、rereported,andthepreparationofcarbon-encapsulatedLiFePO4nanoparticleswithglucose,pitchandPVDFasthecarbonsourcearepresented.TheresultsshowtheuniformdispersionoftheLiFePO4nanoparticlesobtainedfromthesolvothermalmethod.ThepreparedfourtypesofLiFePO4nanoparticles(LiFePO4,LiFePO4/HCC,LiFeP