锂离子电池正极材料lifepo4的合成与改性分析

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1、目录5．2实验部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯425．2．1材料制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．425．2．2物理性质和结构表征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．435．2．3电化学性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．435．3结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯435．3．1物相分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．435．3．2含碳量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．445．3．3扫描电镜照片⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．445．3．4充放电测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．455．3．5循环伏安研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．475．3．6交流阻抗测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50第6章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯516．1结j沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯516．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54攻读学位期间的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．64VI第1章绪论1．1锂离子电池概述煤、石油等传统能源的日益枯竭以及燃烧产生温室气体带来的严重环境问题迫使人们着力开发和利用可再生能源，而在几大新能源中，太阳能、风能都是不连续能源，需要储能的装置；核能虽可提供连续的能源，但伴随核辐射及

4、核泄漏等危险；地热能受地域的限制。常见的能源负载形式有电网、电磁波和化学能源。作为化学能源，电池是一种具有将化学能转化为电能作用的装置。二次电池可实现反复和可逆地储存和放出电能。目前应用的二次电池有铅酸、镍氢、锂离子电池等。其中，锂离子电池具有高能密度、良好的循环性能及荷电保持能力优点，已得到广泛应用，尤其应用于EV(纯电动车)、HEV(混合动力车)及PHEV(插电式混合动力车)上。图1．1为各电动汽车的动力要求以及各二次电池的能量密度和功率密度【1J。事实上根据USABC的目标，锂离子电池完全满足PHEV的动力要

5、求，尽管在EV的应用上其能量密度稍显不足。∞”lO磊cce}er3t}On王OI10^10SpecificPower《W，魄}图1．1各电动汽车的动力要求以及各二次电池的能量密度和功率密度电池结构主要由正极、负极和电解质组成，如图1．2A[引，。负极材料和正极材料都是电子导体，对应它们的费米能6"F分别具有电化学势从和∥c，电解质为离子导体。如果负极的从高于电解质的未占据电子的最低能量轨道LUMO，将会还原电解质，除非存在一个阻碍电子从负极到电解质中的钝化层；同样地，第1章绪论如果正极的∥c低于电解质的占据电子的最

6、高能量轨道HOMO，此时正极将会氧化电解质，除非存在一个阻碍电子从电解质到正极中的钝化层。热力学稳定性要求两电极的电化学势纵和∥c位于电解质的电化学窗口内，即满足以下条件：eVoc：肛A一∥c≤E。(1．1)E2=ELUMo—EHoMo(1．2)其中，e为电子的电荷量，Voc为电池的开路电压，臣为电解质LUMO和HOMO的能级差。水溶液电解质的E声1．3eV，因此，为了获得高的工作电压，使用具有较大E。的非水系电解质成为必要。AElectrolyte图1．2电池结构不意图始于20世纪70年代研究的锂电池使用金属锂为

7、负极【引，Li单质的电化学势均高于已知目前应用的有机溶剂的LUMO，恰好由于少量电解质的分解在负极表面形成一层钝化SEI膜(固体电解质界面膜)，使得金属锂作为负极可行。但是在反复充放电过程中，某些区域的SEI膜发生破裂，锂电极表面沉积、形成不可逆的枝状锂结晶，导致电池的循环性能下降，而且容易穿透隔膜引起电池短路甚至爆炸【4j。后来，锂离子能够快速可逆地嵌入石墨的特性被发现，于是在90年代初，石墨或石墨化碳材料取代金属锂突破锂电池的瓶颈，解决了其循环性和安全性产生了锂离子电池。一般，组成液态锂离子电池的材料包括正极、

8、负极、电解液和隔膜(图1．2B)。正负极由能够可逆脱出和嵌入锂离子的材料组成，正极材料有LiC002【5‘81、LiNi02【91、LiMn02m111、LiCoxMnyNil呵一p2【121、LiMn204【13-151、LiFeP04【16-2们、Li3V2(P04)3【2l，221、Li2FeSi04【231和LiFeS04F【241等，负极材料有易石