【摘 要】
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在过去十几年锂离子电池占据了便携式电子市场的主导地位,且目前正受汽车行业大规模应用的重视。但大规模应用受到了成本和性能的制约,其中电极材料是最重要的影响因素之一。另一方面,随着钢铁行业的发展,由酸洗废液产生的酸洗铁红也正逐年增加,不当地处理会带来资源浪费与环境污染等问题。为了解决这些问题,本文以廉价的酸洗铁红为原料,较为系统的研究了制备性能优异的铁氧化物和LiFePO4的参数。首先通过TG-FTI
【基金项目】
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国家自然科学基金（51674068）；
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在过去十几年锂离子电池占据了便携式电子市场的主导地位,且目前正受汽车行业大规模应用的重视。但大规模应用受到了成本和性能的制约,其中电极材料是最重要的影响因素之一。另一方面,随着钢铁行业的发展,由酸洗废液产生的酸洗铁红也正逐年增加,不当地处理会带来资源浪费与环境污染等问题。为了解决这些问题,本文以廉价的酸洗铁红为原料,较为系统的研究了制备性能优异的铁氧化物和LiFePO4的参数。首先通过TG-FTIR和TG-MS技术研究了不同羧酸的热解过程、产气种类和动力学参数。结果表明,丙二酸热解产生的气体主要有H2O、CO2和含C=O、C-O官能团的化合物,而马来酸热解产物只有含C=O、C-O和C-H官能团的化合物。另外,柠檬酸的热解机理与酒石酸相似,分为脱羧-脱水和脱羧两步。不同的是柠檬酸产生的气体除了 H2O、CO2、CO和含C=O、C-O官能团的化合物外还有少量的CH4,产物具有更好的还原性。然后以酸洗铁红为铁源、柠檬酸为还原剂和碳源,一步碳热还原法合成了异质结构的Fe2O3/Fe3O4/C复合材料。其中,碳层提高了材料的导电性和限制铁氧化物的体积变化,Fe3O4作为过渡层提高导电性,同时Fe2O3提供高的比容量,充分发挥了三者的优势。电化学测试表明,在0.5 A g-1下循环100圈后比容量为:844.5/857.6 mAhg-1,库伦效率达到98.5%。基于羧酸热解的分析,研究了不同反应温度、柠檬酸含量以及二次包碳时可溶性淀粉含量对LiFePO4性能的影响。通过TEM和拉曼等表征手段说明成功地制备了双层碳包覆的LiFePO4。结果表明,当烧结温度为650℃,柠檬酸与酸洗铁红质量比为0.4:1,可溶性淀粉含量为20%时制备的材料具有最佳电化学性能,这主要是双层碳包覆有效地提高了样品的电导率,增大了锂离子的扩散速率。
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