磷酸铁锂毕业答辩课件.ppt

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1、锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与改性研究汇报人：指导老师：大纲1、研究背景2、研究内容重点介绍3、结果与讨论研究背景1、能源短缺和环保的要求推动了电动汽车(EV)及混合动力汽车(HEV)的发展，车用动力电池有着特殊的性能，但目前商品化的锂离子电池还不能满足大规模应用的要求。2、1997年，J．B．Goodenough等研究得到了橄榄石型结构的磷酸铁（LiFePO4），通过十多年的研究其制备工艺日趋成熟，国内外都已有商业化生产。橄榄石结构的LiFePO4的优点1.可逆性好；2.大离子可以稳定其结构，防止铁离子溶解；3.所有的锂均可发生脱嵌；4.原料来源广泛，价格低

2、廉，且对环境无毒。橄榄石结构的LiFePO4的缺点1.电子电导低；2.循环性能及高倍率充放电性能不是很好；3.高电流密度下放电时可逆容量低；4.振实密度比较低，从而影响了材料的体积比能量改性方法1、控制LiFePO4晶粒大小;2、制备复合材料，向LiFePO4中添加导电剂制成LiFePO4/C,导电剂形成导电桥，加速电子或离子的运动，提高材料表面电导率；3、在合成的过程中掺杂一些元素，形成固溶体，掺杂元素分布在晶体内部使晶胞变大，扩大了Li+的扩散通道，从而提高材料本体电导率。任务1、合成LiFePO4并对其进行改性；2、采用葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、PVC等作为碳源的碳热

3、还原法合成LiFePO4/C，并系统地研究不同碳源的碳包覆；3、金属离子的体相掺杂对正极材料LiFePO4的结构和电化学性能的影响，从而寻找出提高LiFePO4的电子电导率和离子扩散速率的途径。实验流程Li2CO3Fe2O3NH4H2PO4不同碳源混合均匀湿法球磨(乙醇介质)5h混合好原料350℃5h（2℃/min）研磨1h650℃12h（2℃/min）LiFePO4/CFe/C=1:1管式炉(氮气)LiFePO4样品的XRD分析1、四种碳源的衍射峰都较窄，峰形尖锐，衍射强度高。2、葡萄糖为碳源合成的样品峰形最尖锐，衍射强度最大。LiFePO4样品的SEM分析葡萄糖1、

4、得到的LiFePO4产物颗粒均匀，颗粒分布呈蜂窝状；2、颗粒较均匀，一次粒子大小为200-300纳米。蔗糖1、产物颗粒呈表面光滑的球状2、颗粒粒径分布不均匀，一次粒子大小200-300微米柠檬酸1、产物颗粒大部分为带有微孔的球状；2、产物颗粒不均匀，一次粒子大小为200-300纳米。PVC1、颗粒大部分为球状且出现孔状结构；2、产物颗粒不均匀，一次粒子尺寸大小为200-300纳米。循环伏安曲线（CV）图形分析上图为以不同材料为碳源制备的LiFePO4的循环伏安曲线，扫描速度为0.05mV/s,扫描电压区间为2.5～4.2V。1、每一条曲线都拥有一对氧化还原峰，分别代表者

5、Li+的脱出和嵌入过程。2、氧化还原峰差越小，材料的电化学可逆性越好3、以葡萄糖为碳源制备的样品的氧化峰位置和还原峰位置之间的电势差最小，可逆性最好。充放电曲线图形分析1、从图可以看出，LiFePO4的充放电平台相当明显，充电平台在3.5V左右，放电平台在3.4V左右。2、以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、PVC为碳源制备的样品的首次放电容量分别为99.9mAh/g、91.3mAh/g、71.1mAh/g、95.4351mAh/g。3、由以上数据可见，以葡萄糖为碳源进行碳包覆制成的正极材料的电化学性能较好。循环性能经过一百次循环，以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、PVC为碳源制备的LiFe

6、PO4/C的保持率分别为91.2%、84.6%、75.6%、88.2%。由此可见，以葡萄糖为碳源制备的LiFePO4/C具有最佳的循环性能。倍率性能在0.1C、0.2C、0.5C、1C倍率下充放电容量对比图中，以PVC为碳源合成的材料性能最好，平台较为明显。LiFePO4的掺杂改性（掺铝）1.LiFePO4材料非常低的电子电导率严重制约了其投入应用2.碳包覆可改进LiFePO4的电导性，提高其容量和倍率性能，但只改变了粒子与粒子之间的电导性3.通过金属离子掺杂制造材料晶格缺陷，从颗粒内部改善其导电性XRD分析1、铝的掺杂量为0.01和0.05时，样品峰形尖锐，衍射强度大

7、。2、随着铝掺杂量的增加，峰形趋于平缓，衍射强度减弱。3、铝的掺杂改性需在一定范围内进行循环伏安曲线（CV）1、扫描速度为0.1mV/s,扫描电压区间为2.5～4.2V。2、铝的掺杂量为0.01、0.05、0.1所对应的氧化还原峰差分别为0.208、0.368、0.382V。3、铝的掺杂量为0.01时，样品氧化还原峰差最小，化学可逆性好，保持率较高。充放电曲线1、与纯态样相比，适度的掺杂铝可以提高电池的比容量2、在掺杂样中，掺Al(x=0.01)比容量较掺Al（x=0.1）的样品高，且循环性好3、铝的掺杂改性需在一定范围内进行结果与讨论1