锂离子电池正极材料的结构调制及电化学性能研究

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1、校代码：10259学号：156081120密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：锂离子电池正极材料的结构调制及电化学性能研究英文题目：StructuralModulationandElectrochemicalPerformanceofLithiumIonBatteryCathodeMaterials专业：材料化学学院：材料科学与工程研究方向：新能源材料姓名：席玉坤指导教师：刘艳副教授年月日锂离子电池正极材料的结构调制及电化学性能研究摘要锂离子电池正极材料磷酸铁锂具有循环性能好、热稳定性高、原料来源广泛、环境友好等优点。但是，磷酸铁锂的低离子导电率、低电子电导率阻碍了其大规模生产

2、。控制LiFePO4颗粒尺寸、进行金属离子掺杂以及表面碳包覆是主要的改性方法。本论文采用溶剂热法制备LiFePO4正极材料，主要工作如下：1.分别以水、乙醇、乙二醇为溶剂，研究了制备工艺参数如反应温度和反应时间等对LiFePO4的颗粒尺寸、物相及电化学性能的影响。结果表明，当采用乙二醇做溶剂、反应温度180℃、保温时间10h时所得材料为纯相LiFePO4，−1所得颗粒大小均一，晶粒度400nm左右，0.1C放电比容量148.6mAh·g。+3+2.以乙二醇为溶剂，在制备过程中，分别掺杂Na和Al，研究了掺杂不同金属离子及不同掺杂含量对LiFePO4颗粒形貌、尺寸及电化学性能的影响。

3、结果3++表明，相较于Al，Na掺杂对LiFePO4正极材料改性更显著。其中，掺杂1%mol+Na形成的Li0.99Na0.01FePO4材料的颗粒尺寸在200-500nm，0.1C放电比容量156−1mAh·g，10C倍率下500次循环后的容量保持率为86.7%。3.以生物质材料棉花为碳源和模板合成LiFePO4/C复合材料，研究了棉花对LiFePO4颗粒形貌、尺寸及电化学性能的影响。结果表明，棉花的加入对所合成的材料的物相、表面形貌影响不大，颗粒尺寸在200-300nm，对电化学性能-1改善较为显著。其中，加入0.1mol·LLiOH预处理的棉花合成的LiFePO4/C样品的倍

4、率性能及循环稳定性最好，该样品在0.1C倍率下的首圈放电比容量为−1160.4mAh·g，在2C倍率下200次循环后的容量保持率为92.2%。关键词：锂离子电池；磷酸铁锂；棉花；金属离子掺杂；颗粒尺寸StructuralModulationandElectrochemicalPerformanceofLithiumIonBatteryCathodeMaterialsABSTRACTDuetohighthermalstability,environmentalbenignity,longcyclinglifeandthenaturalabundanceofrawmaterials,l

5、ithiumironphosphatehasbeenextensivelydeveloped.However,thekeybarriertowideapplicationswasitsintrinsicallylowelectricalconductivityandlowLiiondiffusionrate.Fortheobstacles,controlingLiFePO4particlesize,metaliondopingandsurfacecarboncoatingweretheeffectivemethods.Inthispaper,LiFePO4cathodemateri

6、alswerepreparedbysolvothermalmethod,andsomeworkshavebeendoneasthefollows:(1)Water,ethanolandethyleneglycolwereusedasthesolvent,seperately,andtheeffectsofsynthesisparameterssuchasreactiontemperatureandsynthesistimeontheparticlesize,phaseandelectrochemicalperformanceofLiFePO4werestudied.Theresul

7、tsshowedthatwhenusingethyleneglycolasasolvent,thereactiontemperaturewas180°Candtheholdingtimewas10h,thesynthesizedparticleswereuniform.TheobtainedmaterialwaspurephaseLiFePO4,thegrainsizewasabout400−1nm,andthedischargespecificcapacityat0