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橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)作为新一代锂离子电池正极材料,具有理论比容量高(170mAh/g),充放电电压适中(3.4V),资源丰富,对环境无毒害,充放电过程中体积变化小(仅6.8%),结构稳定,电化学性能和热稳定性好等优点,因此受到人们的广泛关注,被视为最具有潜力替代钴酸锂材料的新型锂离子正极材料。
本文首先概述了锂离子二次电池的组成、原理及优缺点,介绍了锂离子电池正极材料及LiFePO4材料的研究进展,LiFePO4正极材料的结构、常用合成方法、市场现状及影响该材料电化学性能的主要因素:a、电子电导率较低(约10-9S/cm2),导致了其大倍率放电性能较差;b、Li+在固相中的扩散系数也较低,从而导致了较慢的固相反应动力学;c、振实密度低。然后,通过选用合适的碳源,优化合成工艺来得到粒径较小、分布均匀的类球形颗粒,提高材料的电导率,缩短Li+在固相中的扩散时间,合成更优性能的LiFePO4材料。具体如下:
1、对目前商业样品进行测试分析,给出合理的性能评估,锁定实验目标。
2、为了解决材料本身电子电导率差和扩散系数小的缺点,本文以葡萄糖为碳源,
采用不同锂源和热处理条件合成LiFePO4/C正极材料,优选出性能较好的锂源,讨论较低温度条件合成LiFePO4/C正极材料,并对材料进行了结构、形貌和电性能的研究。
3、为了进一步降低材料的成本,本文采用便宜的三价铁作为铁源,碳酸锂为锂源,通过掺入不同碳源一步碳热还原法合成高密度球形LiFePO4/C正极材料,并对其合成工艺进行优化,对材料的形貌和电性能进行表征,使放电比容量得到明显的提高。
4、为了不断提高材料的电化学性能,制备高能量的LiFePO4材料,本文采用聚乙烯醇(PVA)造粒模板剂辅助两步固相法制备正极LiFePO4/C复合材料,并对其形貌和电化学性能进行了表征。
5、尝试联合使用共沉淀控制结晶法-碳热还原法合成纳米级LiFePO4/C材料,以改善其电化学性能。