固相法合成磷酸铁锂 - 图文

山东科技大学学士学位论文

摘要

摘要

橄榄石型的磷酸铁锂（LiFePO4）作为新型锂离子电池正极材料，它具有价格低廉，热稳定性好，对环境无毒，可逆性好，并且其中大阴离子可稳定其结构，防止铁离子溶解，使其成为最具潜力的正极材料之一。但是LiFePO4极低的本征电子电导率和锂离子扩散系数严重影响其电化学性能，并阻碍它的应用。因此需从提高LiFePO4材料的电子传导性和锂离子传导性着手来对其进行改性研究。

本实验以Li2CO3为锂源，FeC2O2·2H2O为铁源，以NH4H2PO4为磷源，以淀粉为碳源按不同比例混合，采用球磨法处理原材料，经喷雾干燥制得前驱体。采用不同的烧成温度并应用充放电测试等方法，系统的研究温度对LiFePO4性能的影响。

结果表明在0.1C倍率充放电时600℃下合成的材料具有较好的放电容量为151.6mAh/g。

关键词：锂离子电池；正极材料；磷酸铁锂；固相法；温度影响

I

山东科技大学学士学位论文

Abstract

Abstract

Olivine-type LiFePO4 as a new lithium ion battery cathode material, it has low price, good thermal stability, environmental non-toxic, good reversibility, and anion of which can stabilize the structure to prevent the dissolution of iron ions , making it one of the most promising cathode material.But LiFePO4 low intrinsic electronic conductivity and lithium ion diffusion coefficient seriously affect its electrochemical performance, and hinder its application.Therefore required to improve the LiFePO4 material from the electronic conductivity and lithium ion conductivity to proceed to its modification.

In this experiment, Li2CO3 as lithium, FeC2O2.2H2O,Fe2O3 as iron source, NH4H2PO4 as the phosphorus source, using starch as carbon source mixed in different proportions, handling of raw materials by ball milling, spray-dried precursor obtained. Sintering temperature and different charge-discharge testing methods applied to study the impact of temperature on the performance of LiFePO4.

Results show thatLiFePO4 cells showed an enhanced cycling performance and a high discharge capacity of 151.6mAh g-1at 0.1 C

Keywords：Lithium ion battery; Cathode material; Lithium iron phosphate, Solid State Method ;temperature effect

II

山东科技大学学士学位论文 目录

目 录

1绪论 .............................................. 1

1.1锂离子电池的发展 ........................................ 1 1.2锂离子电池材料的研究进展 ................................ 5 1.3磷酸铁锂正极材料 ....................................... 13 1.4本论文的研究内容和研究方法 ............................. 22

2实验方案及测试方法 ................................ 23

2.1实验原料 ............................................... 23 2.2实验设备 ............................................... 23 2.3 试验方法 .............................................. 24 2.4 电池的制作 ............................................ 25

3实验结果分析与讨论 ................................ 27

3.1 焙烧温度对产物性能的影响 .............................. 28 3.2合成温度对草酸亚铁制备磷酸铁锂性能的影响 ............... 29

4 结论 ............................................. 34 参考文献 ........................................... 35 致谢 ............................................... 42 附录 ............................................... 43

III

山东科技大学学士学位论文 目录

1 外文文献原文 ............................................ 43 2 外文文献译文 ............................................ 50

IV

山东科技大学学士学位论文 绪论

1绪论

1.1锂离子电池的发展

1.1.1锂离子电池的诞生

电池的发展史可以追溯到公元纪年左右，那时人们就对电池有了原始认识，但是一直到1800年意大利人伏打（Volt）发明了人类历史上第一套电源装置，才使人们开始对电池原理有所了解，并使电池得到了应用。进入20世纪后，电池理论和技术一度处于停滞状态，但在第二次世界大战之后，随着一些基础研究在理论上取得突破及新型电极材料的开发和各种电器具日新月异的发展，电池技术进入快速发展时期。

二次世界大战后由于空间技术、移动通信、导弹、航空航天等领域的快速发展以及现代人们对能源危机、环境保护的关心，高储能电池的研究、开发已日趋迫切，20世纪60~70年代发生的石油危机迫使人们去寻找新的替代能源。由于金属锂在所有金属中最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度最大，因此锂电池成为了替代能源之一[1]。在20世纪70年代初实现了锂源电池的商品化。锂离子电池是迄今为止最先进的可充电电池，是最有前途的化学电源之一。1990年日本SONY公司率先研制成功锂离子电池。与常用的铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池等二次电池相比，锂离子电池具有开路电压高、体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、无污染、自

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