高功率lifepo4电极材料制备及其电化学性能

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologySynthesisandElectrochemicalPerformanceofHighPowerDensityLiFePO4CathodeMaterialsAThesisinPhysicalChemistrybyXuKeAdvisedbyProf.ZhangXiaogangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMa

2、sterofScienceMarch,2012承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要LiFePO4作为新型锂离子电池的正极材料，具有较高的比容量，安全性和循环稳定性好，成本低，已开始

3、规模化工业生产。为适应动力型锂离子电池的要求，需对LiFePO4进行改性和修饰进一步提高材料的电化学性能。为解决此问题科研人员已采用了多种方法主要为：1）减小颗粒粒径，2）掺杂其他离子，3）表面包覆碳层及掺杂高导电性物质等。本文采用水热辅助方法制备了具有特殊形貌的LiFePO4，并对其进行修饰。具体研究内容如下：(1)采用水热辅助方法成功合成了具有孔道结构的碳包覆LiFePO4纳米颗粒，探讨了不同温度、时间、pH等条件对材料的影响。研究发现，在pH值为7.0，650℃晶化15h，可制得性能较好的LiFePO4样品。(2)采用高导电性的多壁碳纳米管材料对多孔LiFePO4材料进行修饰，多壁碳纳米

4、管与石墨化碳层构成的导电网络提高了材料的导电性能。电化学测试结果表明，在0.2C的电流密度下，其放电比容量为161mAh/g。5C的大电流密度下放电容量为97mAh/g，倍率特性有了明显的提高。在1C电流密度下循环80次后的容量保持率为92.1%。(3)成功制备了石墨烯负载的LiFePO4材料。石墨烯的片层结构缓解了晶化过程中颗粒之间的团聚，同时石墨烯具有良好的导电性能，其与石墨化碳层紧密结合形成三维导电网络，提高了材料的电化学性能。结果表明，在0.2C电流密度下，其放电容量为162mAh/g。10C时其放电容量为95mAh/g，且在10C的大电流密度下循环200次后容量保持率可达89.5%，

5、表现了良好的循环稳定性。(4)以NH4H2PO4为原料合成了石墨烯包覆的LiFePO4纳米微球，并将其作为水系锂离子电池的正极材料。石墨烯的加入提高了材料的导电性，同时缓解了水溶液电解质中副反应的发生，提高了LiFePO4材料在水系锂离子电池中的循环稳定性。关键词：锂离子电池，正极材料，水热，LiFePO4，石墨烯i高功率LiFePO4电极材料的制备及其电化学性能AbstractAsanewkindoflithium-ionbatterycathodematerial,LiFePO4hashighspecificcapacity,goodsafetyperformance,lowcostsan

6、denvironmentalfriendliness.Ithasbeenindustriallyproductedbysomecompanies.Inordertomeetthenewrequirementsoflithium-ionbattery,weneedtoimprovethemethodsofsynthesisingLiFePO4ormodifyittoenhanceitselectrochemicalproperties.Variousapproacheshavebeenusedtosolvethisproblem,whichinclude:i)decreasingtheparti

7、clesize,ii)dopingLiFePO4withforeignatomsandiii)surfacecoatingoradmixingwithelectronicallyconductivematerials.Inthispaper,LiFePO4preparedwiththeassistanceofhydrothermalmethodhasspecialmorphologies,whic