二次锂电池正极材料制备及性能研究

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1、分类号：O611.4学校单位代码：10446硕士学位论文论文题目：二次锂电池正极材料制备及性能研究研究生姓名：刘晓斐学科、专业：化学、无机化学研究方向：纳米材料化学导师姓名、职称：朱万诚副教授论文完成时间：2013年3月曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明（根据学位论文类型相应地在“□”划“√”）本人郑重声明：此处所提交的博士□/硕士□论文《二次锂电池正极材料制备及性能研究》，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文

2、的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书（根据学位论文类型相应地在“□”划“√”）《二次锂电池正极材料制备及性能研究》系本人在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间，在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授

3、权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部或部分内容。作者签名：日期：导师签名：日期：I摘要随着电力车和各种新型便携式电子设备应用的迅速发展，对于清洁可再生能源的需求也与日俱增。因此，探索下一代能量储存的新材料和新设备尤为重要，开发高效的能源存储方式意义非凡。二次锂电池是近年来发展起来的一种新型电源，是世界各国争相研究和开发的热点。在过去的二十年内，锂电池以其高能量密度的特性引领可携带电子设备走向了一个新的变革。但是，随着市场需求的不断变更，人们对下一代的锂电池也提出了更高能量密度、更好的安全

4、性能以及更低的成本等的要求。对比各类电池体系，开发新型锂离子电池或锂硫电池是锂电池行业的发展方向。橄榄石型LiFePO4理论比容量高，热稳定性好，是动力型锂离子电池理想的正极材料之一，但其本身结构缺陷导致电子电导率低，锂离子扩散速率慢限制了实际应用。本文提出了氮甲基吡咯烷酮(NMP)辅助溶剂热合成LiFePO4工艺，并采用蔗糖为碳源对其进行碳包覆改性。结果表明，NMP能有效抑制晶粒过度生长改善分散性，碳包覆能够促进LiFePO4颗粒进一步细化；制备的LFP/C复合材料具有简单快速的锂离子扩散和良好的电子传输路oo径，25C测

5、试，0.2C放电容量130mAh/g，60C测试，0.2C放电容量160mAh/g，接近理论容量。锂硫电池相较锂离子电池，其能量密度更高，成本低廉，是极具发展前景的二次电池储能体系。但S及放电产物Li2S的绝缘性，充放电过程中产生的飞梭效应与体积膨胀效应导致电极材料结构不稳定，限制了锂硫电池的实际应用。构建具有高导电性以及多孔道高比表面积的刚性载体结构，抑制多硫化物扩散，提高电池的电化学性能，成为其研究的关键。为了解决这些技术瓶颈，本文提出了利用碳纳米管(MWCNT)、石墨烯(HPG)的高比表面、优良导电性和力学性能以改善锂

6、硫电池上述问题，以碳材料MWCNT、HPG为基元材料，与硫液相复合，制备了“fishinnet”结构石墨烯-硫、同轴结构MWCNT@S复合电极材料。构建了能够对体积膨胀及飞梭效应有效抑制的高性能复合电极。电化学性能测试，两种复合电极0.5C放电容量均超过1000mAh/g。关键词：锂离子电池，磷酸铁锂，锂硫电池，碳/硫电极IIAbstractOnthebackgroundofenergyexhaustingandenvironmentworsening,therequirementofcleanandrenewableene

7、rgiesaredemandingthaneverbefore,thedevelopmentofefficientenergystoragebecomesmoresignificant.Efficientbatteriessystemswithhighenergydensityarehighlydesirableforpersonalportableelectronicdevices,electricvehicles,andsmartenergystoragewiththerapiddevelopmentofoursocie

8、ty.Olivine-typeLiFePO4hasbeenoneofthemostpromisingcathodematerialsforlithiumionbatteriesduetoitsseriesofadvantages.However,theinherentstructurald