铁基磷酸盐纳米正极材料的制备及其储锂_钠性能研究

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1、学校代码10530学号201510141477分类号O646密级公开硕士学位论文铁基磷酸盐纳米正极材料的制备及其储锂/钠性能研究学位申请人张媛媛指导教师舒洪波副教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向物理化学二○一八年六月StudyonSynthesisandPerformanceofIron-basedphosphateasCathodematerialsforLithium/Sodium-ionStorageCandidateYuanyuanZhangSupervisorProf.HongboShuCollegeChemistryProg

2、ramChemistrySpecializationPhysicalChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune2018摘要铁基磷酸盐材料由于其安全性好、成本低廉等优点，作为电池正极材料是很有发展前景的。然而，由于该类材料的本征电导率较低及离子扩散速度较慢等问题，限制了其工业化应用。本文以LiFePO4F和FePO4两种铁基磷酸盐为主要研究对象，通过颗粒纳米球形化、纳米Ag粒子表面修饰以及与碳复合构筑碗状结构的方法，改善材料导电性，从而提高材料的电化学性能

3、。通过一种与化学诱导沉淀相结合的固相法，合成了具有高纯度的类球型LiFePO4F正极材料，探讨了预烧温度、煅烧时间和温度对材料纯度和电化学性能的影响。对最佳条件下得到的材料进行测试，循环伏安曲线表明，氧化还原峰2+3+(3.09V/2.61V)对应Li2FePO4F/LiFePO4F两相转变中的Fe/Fe氧化还原电对。-1该材料在0.5C下的初始放电比容量为110.2mAhg,200次循环后容量保持率为94.4%。其优异的循环性能主要归功于高的纯度和均匀的纳米球形貌，这种形貌可以缩短离子和电子的传输距离，同时还能增大材料与电解液之间的接触面积

4、，从而提高该材料的电化学动力学。+为进一步改善LiFePO4F的电化学性能，通过沉淀法原位还原Ag，合成了纳米Ag粒子修饰的LiFePO4F纳米球复合材料。约10nm的Ag纳米粒子原位生长在LiFePO4F纳米球表面，经测试该材料具有良好的电化学性能。在0.1C下-1-1首次放电比容量高达148.7mAhg，0.5C下首次放电比容量为120.3mAhg，循环300次后，比容量保持率高达96.1%，显著高于纯LiFePO4F的电化学性能。因此Ag修饰可以明显提高该材料的电子电导率和锂离子扩散系数，进而提高该材料的电化学性能。设计并构建了碗状Fe

5、PO4@MCHB/rGO，通过在介孔空心碳球MCHS上生长FePO4纳米颗粒得到FePO4@MCHB(空心碳碗)，然后用氧化石墨烯GO进行包覆交联，进一步热还原得到该材料，在储锂/钠的倍率性能和循环性能均优于FePO4@MCHB和纯FePO4材料。钠离子电池中1C下放电比容量为122.4mAh-1-1g，1000次循环后仍有93.5mAhg。锂离子电池中1C下放电比容量为119.6-1-1mAhg，1000次循环后仍有107.8mAhg，展示了优异的循环稳定性。碗状结构即保留了中空结构的所有优点，又增加了体积密度，同时还原氧化石墨烯rGO可以

6、快速实现容量响应，在大电流的充放电条件下起到了“缓冲”的作用。因此这种独特的结构设计，能够大大提高FePO4的电子导电性，使其在储锂/钠方面都具有优异的电化学性能。关键词：锂离子电池；钠离子电池；铁基磷酸盐；纳米正极材料；电化学性能IAbstractBecauseoftheadvantagesofgoodsafetyandlowcost,iron-basedphosphatematerialsareusefulascathodematerialsforbatteries.However,theproblemoflowintrinsiccond

7、uctivityandslowdiffusionofions,limitstheirindustrialapplications.Inthispaper,LiFePO4FandFePO4twokindsofiron-basedphosphateasthemainresearchobject.Inordertoimprovetheconductivityofthematerial,bymeansoftheparticlenano-sphericalization,Agnanoparticlessurfacemodificationandthec

8、ompositestructureofthebowl-shapedstructurewithcarbon,toimprovetheirtheelectrochemi