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《沈阳理工大学》 2017年
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锂离子电池正极材料的制备与改性研究

胡晋莲  
【摘要】:本文采用碳热还原法合成了LiFePO_4/C材料、Li_3V_2(PO_4)_3/C材料和xLiFePO_4-yLi_3V_2(PO_4)_3/C正极材料,研究了合成工艺及离子掺杂对复合材料的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、交流阻抗测试以及循环伏安等测试手段,对材料的晶体结构、表面形貌及电化学性能进行了表征及分析。采用碳热还原法制备LiFePO_4/C材料,研究了不同制备工艺条件的对其性能的影响。结果表明,以5.0 wt%为固定的碳包覆量,采用一次和二次包覆量均为2.5 wt%的包覆方式,在350℃预烧4h,750℃下煅烧8h,合成了橄榄石型的LiFePO_4材料,颗粒尺寸小且分布均匀,具有较高放电比容量(135.348 m Ah·g~(-1)),20次循环容量保持率为98.25%,具有较好的循环性能。采用碳热还原法分别合成了Li_3V_2(PO_4)_3/C材料和xLiFePO_4-yLi_3V_2(PO_4)_3复合材料,研究了复合方式、复合比例和煅烧温度对其性能影响。结果表明,Li_3V_2(PO_4)_3/C材料合成的最佳煅烧温度为750℃,材料具有单斜型结构,0.2C下的首次放电比容量为104.573 mAh·g~(-1)。当复合方式为煅烧复合、复合比例为9:1、煅烧温度为750℃,煅烧8h时,合成的材料x LiFePO_4-y Li_3V_2(PO_4)_3具有橄榄石型结构和单斜型结构,其充放电比容量较高,在0.1C下样品的首次放电比容量为145.535 mAh·g~(-1),容量保持率为96.23%,电化学性能较好。采用Mg~(2+)离子铁位掺杂合成了LiFe1-xMgxPO_4/C(x=0.00,0.02,0.04,0.06)材料。结果表明,掺杂材料XRD图谱与LiFePO_4标准谱图一致,具有橄榄石型结构。其中LiFe1-xMgxPO_4/C(x=0.02,LiFe_(0.98)Mg_(0.02)PO_4/C)的性能最好,颗粒细小且均匀,0.1C倍率下放电比容量达143.493 mAh·g~(-1),较未掺杂材料(放电比容量134.541 mAh·g~(-1))提高了6.65%左右,20次循环后,比容量保持率为97.6%,在0.1C、0.5C、1C和5C下循环20次后,仍具有较高的放电比容量,倍率性良好。在最佳掺杂量0.02下,分别采用Mg~(2+)、Mn~(2+)对9LiFe_(0.98)M_(0.02)PO_4-Li_3V_2(PO_4)_3/C(M=no-doped,Mg,Mn)复合材料进行Fe位掺杂改性研究。结果表明,掺杂Mn~(2+)合成的9LiFe_(0.98)Mn_(0.02)PO_4-Li_3V_2(PO_4)_3/C表现了最好的电化学性能,在0.1C、0.5C、1C和5C下,首次放电比容量分别为159.033 mAh·g~(-1)、148.947 mAh·g~(-1)、133.501 mAh·g~(-1)和123.657m Ah·g~(-1);循环20次后对应的放电比比容量仍可达到148.467 mAh·g~(-1)、138.307m Ah·g~(-1)、126.011 mAh·g~(-1)及118.154 mAh·g~(-1),具有较好的循环和倍率性能,且兼备了Li_3V_2(PO_4)_3、LiFePO_4各自的电化学性能优势。
【学位授予单位】:沈阳理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM912;O646

【参考文献】
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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