新型锂离子电池正极材料的研究

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1、摘嘤摘要锂离子电池具有工作电压高、重量轻、比容量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、安全可靠、绿色环保等突出优点，广泛应用于摄像机、移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等电子装置中，也是未来电动汽车用轻型高能动力电池的首选能源。开展新的正极材料和对现有正极材料进行改性研究成为锂离子电池材料领域的热点。本文选取了系列锂化合物LisFe04、Li2NiFe204、Lio5ZnFe204、Lio．5ZnFez04、Lio．75Fe325(Fel．5Zno．5)Os、LiCe02、LiFesOa、LiF

2、e02和LiFeP04作为研究对象，首先采用固相法进行合成，X射线衍射分析对产物进行物相分析，二次电池测试仪对正极材料进行充放电性能测试，并根据放电性能对材料进行筛选。研究结果表明锂铁氧化合物和磷酸铁锂作为J下极材料具有较高的充放电容量，并对其进行改性研究以进一步提高放电性能。采用喷雾干燥技术和冷冻干燥技术对锂铁氧j下极材料的优化结果表明：喷雾干燥和冷冻干燥在300℃和700℃煅烧后的产物粒度分别为340．4nrn、481．6nm和127．0rim和220．5rim。在300℃煅烧制备出的电极材料首

3、次放电容量分别为232．4mAh／g和260．8mAh／g，均高于固相合成产物的放电容量180．6mAh／g。随着反应温度的升高，合成产物的放电容量均减小。经过10个周期循环后，冷冻干燥放电容量保持在198．2mAh／g，而喷雾干燥放电容量为113．0mAh／g。由于冷冻干燥过程中前驱体溶液被冻结，溶液中的离子很难移动，而水不经过液态被升华，而喷雾干燥过程中前驱体溶液中的水在较高的温度下被蒸发出去，溶质颗粒在这个温度下较容易发生团聚，因此冷冻干燥制备出的『F极材料的颗粒尺寸小于喷雾干燥技术获得的材料

4、，从而使得冷冻干燥技术制备的锂铁氧『F极材料具有更优异的放电容量和循环性能。通过冷冻干燥技术制备LiFeP04正极材料并通过柠檬酸加碳对其改性研究，结果表明：LiFeP04和LiFeP04／C均具有完好的橄榄石晶型结构，粒度分布均匀，粒度分布窄，平均粒度分别为234．6nm和174．5nm。电化学性能测试结果显示，LiFeP04／C比LiFeP04的容量保持率有所提高，特别是在1C和2C倍率下的放电容量：LiFeP04的放电容量为136．0mAh／g(0．IC，2．4V．4．2V，vsLi+／Li)

5、，而LiFeP04／C的放电容量为145．0mAh／g，均高于固相合成产物的放电容量120．1mAh／g(0．1C，2．4v-4．2V，vsLi+／Li)。经过lO个循环周期后，在0．1C、0．5C、lC和2C下，LiFeP04容量保持率分别为97．5％、96．6％、95．3％和94．3％，LiFeP04／C为98．0％、98．9％、99．3％和98．6％。由于碳的掺入减少了诈极活性物质的平均晶粒尺寸，使得锂离子在其充放电过程中扩散路径更短，脱嵌锂的通道北京T业人学丁学硕卜学佗论文更为畅通，这样嵌入

6、脱出的锂离子含量随之增加，从而提高材料的放电容量和循环性能。关键词：正极材料；冷冻干燥；放电容量ABSTRACTAbstractLithiumbatterieshaveawiderangeofapplicationindigitalcamera．mobiIephone，mobilenotebook，electricmeasuringdeviceandfurtherelectricvehiclesystemsfortheirhighvoltage，lightweight，excellentelectr

7、ochemicalperformance．10wselfdischarge，longcyclelife，nomemoryeffect，safetyandnon．toxicproperty．Howtofindnewmaterialsforcathodesormodifypresentcathodeshasbeenhotspotsinlithiumbatteryfield．Inthisthesis，aseriesoflithiumcompoundswerepreparedbysolidstatesynt

8、hesis。X—raydiffraction(XRD)wasusedtoidentifythephasecomposition．secondarybatterytesterwasusedtotestthecapacitiesofthecathodes，andthepriorcathodeswerechosenformodification．Theresultsshowedthatlithiumironoxideandlithiumironphosphateexhibi