锂离子电池正极材料磷酸铁锂的复合改性研究-材料学专业毕业论文

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1、mobilityandlowereharge一transferresistanee.At0.1，1，10，50andIOOC，theeapacitiesofC一LIFePO4/graPheneare162.8，140.3，109.2，77.5and59.0mAh/g.BothlowandhighratePerformaneesareexeellent.AseomParedtothetotaleleetrodesize，thesPaceandProPortionoeeuPiedbygraphene15negligiblysmall，whiehgreatlyreducesthevo

2、lumeofeonduetiveadditive，oPeninguPthePossibilitytoinereasesubstantiallytheenergystoragedensityandrateeapabilityatequalamountsofloadingofeonduetiveadditives.KeyWords:Lithium一ionbattery;LIFePO4;graphene;eomPositemodifieationChineseLibraryClassifieationNumber:TMgl2.9第一章前言Ll引言随着人口增长、经济发展与社会进步，人类

3、对于能源的需求也不断增长。然而，传统矿物能源的储量有限，能源安全与环境污染等问题也威胁着人类的生存与发展。面对日益严峻的能源问题，人们逐渐认识到寻求新能源、开发新材料是应对这一问题的重要战略举措。其中蓄电池作为一种可以实现化学能和电能相互转化的储能装置，成为合理、便捷利用能源的重要媒介，在国民经济和国防工业中发挥着越来越重要的作用。1.2铿离子电池概述近两年以来，随着国家大力发展与推广一系列新能源战略和举措，电动汽车与插电式混合动力、可实现电力网稳定化的蓄电系统，以锉离子电池为代表的储能应用技术带来了进一步的机遇和挑，l浅。真正意义土的铿离子电池概念最早是由M.s.whitti

4、ngham于1976年提出来的[’l，他发现层状的TisZ在室温下能够可逆地与金属铿发生电化学反应，并首先将插入反应与能量存贮有机地联系到一起。继whittingham的开创性研究之后，一系列能和铿发生可逆脱嵌反应的化合物被陆续发现与报道:1980年J.B.Goodenough[2]等报道了LieooZ正极材料，1981年Ben实验室首先将石墨用于锉离子电池负极材料。日本索尼(sony)公司于1990年率先将铿离子电池实现产业化[3l，推出了c几icoo:电池，之后在接下来的20年时间内，锉离子电池作为最成功最普及的储能装置，己经占领了便携式电器的主要市场，成为手机、笔记本电脑

5、、摄像机等小型移动电子设备领域内的电源首选，并有望在电动汽车与插电式混合动力汽车上得到更大规模的广泛应用。完整的铿离子二次电池体系通常由正极、负极、电解液和隔膜四个部分组成，其工作原理如图1一1所示，铿离子电池实质上是一种Li+浓差电池:充电时正极材料中的Li+开始脱出，正极材料失去一个电子，Li+进入电解质溶液透过隔膜向负极方向迁移，与负极碳材料形成插层化合物LiyCz，这时负极处于富铿态，正极处于贫锉态。在放电时则恰好相反，负极插层化合物LiyCz失去电子，Li+进入电解液并穿过隔膜嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，Li+在正负极之间往返嵌入和脱出，正负极材料也发生

6、相应的氧化还原反应，因此铿离子电池也被形象地称为“摇椅电池”(RoekingChairBatteries)。r匕极与l包池反应过程如一卜:正傲应:LixMmo。一Lix一yMrno。+yLi++ye-负极反应:Zc+yLi++ye-LiyCz电池总反应:LixMmO。+zC阅~一-一-卜Lix一yMmO。+LiyCzPowersuPP卜1_e‘。e-丫一备Charge--一务~..喇尸卜.内.，胶，加阳一，姗一~一一‘e.一一砚schar群磅~别i带Chargee一!场Dise】ta雌e.心一一~一Positi军edectr记eXegatiTe七lectr叱eFI找rol训e一

7、一~粼f‘一一靛薰一一冬兰产翔一一~一~二拭一介一今丫万、一宫‘-务户，、下几一万丁’沙一月愁J、扩气崖L~00习，g。勺M“‘公Grap狱te泄图1一1锉离子电池工作原理图与传统二次电池相比，铿离子电池的优点二L要表现在:①电池电压高，有利于减少电池组并减小可能由电池一致性差异造成的不利影响;②能量密度高，锉离子电池的质量能量密度和体积能量密度都要远高于传统二次电池，锰酸钾和磷酸铁锉电池的的质量能量密度可达到110一120whlkg;③循环性能较好;④自放电低;⑤无记忆效应;⑥环境友好。1