高倍率性能磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究

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1、学校代号10532学号S151301161分类号TB332密级公开硕士学位论文高倍率性能磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究学位申请人姓名王琦培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称刘洪波教授学科专业材料科学与工程研究方向先进炭材料及复合材料论文提交日期2018年5月24日学校代号：10532学号：S151301161密级：公开湖南大学硕士学位论文高倍率性能磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究学位申请人姓名：王琦导师姓名及职称：刘洪波教授培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料科学与工程论文提交日期：2018年5月24日论文答辩日期：2018年5月31日答辩委员会主席：陈小华教授Stu

2、dyonthepreparationandmodificationofhighrateperformancelithiumironphosphatecathodematerialbyWANGQiB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMaterialsScienceandEngineeringintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorProfes

3、sorLIUHongboMay,2018高倍率性能磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究摘要LiFePO4具有理论容量高、热稳定性能好、循环性能好以及环境友好等优点，是目前商用动力锂离子电池的主流正极材料之一。然而，低电子电导率和低锂离子扩散系数导致其倍率性能较差，严重制约其在大功率动力锂离子电池中的应用。本文采用石墨烯包覆和控制形貌的方法改善LiFePO4的倍率性能，并通过离子掺杂的方法提升其能量密度。考察了石墨烯包覆量或炭包覆量、前驱体添加顺序对LiFePO4结构和电化学性能的影响。研究内容及取得的主要研究结果如下：(1)以自制氧化石墨和商用磷酸铁锂为原料，采用表面活性剂辅助自组装

4、法合成LiFePO4/石墨烯复合材料，探讨了石墨烯添加量对LiFePO4/石墨烯复合材料结构和电化学性能的影响。结果表明，在石墨烯添加量为6.2wt%时，复合材料表现出最佳电化学性能，在5C倍率下，放电比容量为132.6mAh·g−1，而LiFePO−14仅为87.5mAh·g。此外，LiFePO4/石墨烯复合材料表现出优良的循环稳定性，在5C倍率下循环1000次后容量保持率达到82.6%，远远优于LiFePO4的49%。(2)以LiOH、FeSO4和H3PO4为前驱体原料，采用乙二醇溶剂热法制备LiFePO4纳米颗粒，考察了前驱体添加顺序对产物结构和电化学性能的影响。发现先将H

5、3PO4溶液滴入FeSO4溶液更易合成具有较短b轴的片状LiFePO4，且表现出更佳的电化学性能，其在0.2C和5C倍率下的放电比容量分别为157.3mAh·g−1和140.1mAh·g−1。在此基础上，研究了炭包覆量对LiFePO4结构和电化学性能的影响，发现炭包覆可显著提高LiFePO4的电化学性能，且炭包覆量越高越有利于提升LiFePO4的大电流充放电性能。(3)以LiOH、FeSO4,、MnSO4和H3PO4为前驱体原料，采用乙二醇溶剂热法制备Mn掺杂LiFe0.5Mn0.5PO4纳米颗粒，并对其进行了炭包覆处理。研究了前驱体添加顺序对产物的形貌、结构和电化学性能的影响。

6、结果表明，先将H3PO4滴入FeSO4和MnSO4混合溶液可以合成尺寸更小及更短b轴的LiFe0.5Mn0.5PO4纳米颗粒，并表现出更佳的电化学性能，且其在低电流密度下明显提高了LiFePO4的能量密度。同时研究了不同溶剂热时间产物的XRD与SEM以阐述添加顺序的影响的机理。关键字：锂离子电池；磷酸铁锂；晶形；石墨烯；离子掺杂II硕士学位论文AbstractLiFePO4isconsideredasoneofmainstreamcommercialcathodematerialforpowerlithiumionbatteriesduetoitshightheoreticalc

7、apacity,goodthermalstability,goodcyclingperformanceandenvironmentalfriendlinessetc.However,thelowelectronicconductivityandlithiumiondiffusioncoefficientdeterioratetherateperformanceofLiFePO4,whichhighlylimiteditspracticalapplicationinhighpowe