基本信息
- 項目名稱：
- 反蛋白石多孔狀結構LiFePO4的制備與性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 新型正極材料LiFePO4由于具有工作電壓高、重量輕、比能量大、自放電小、環(huán)境污染小等優(yōu)點，成為目前最受歡迎的綠色二次電池之一。本論文提出以聚苯乙烯（PS）微球為模板制備反蛋白石結構多孔狀結構LiFePO4正極材料并對其進行了系統(tǒng)研究，研究結果表明，通過改變材料的界面特性和界面間距，以尺寸效應來提高了LiFePO4正極材料的高倍率充放電性能和循環(huán)容量、抑制循環(huán)容量衰減。
- 詳細介紹：
- 20世紀50年代以后，隨著煤炭、石油、天然氣三大主要能源的逐漸減少和日益嚴重的環(huán)境問題，高效、環(huán)保、節(jié)能型能源的開發(fā)和應用顯得越來越重要。新型正極材料LiFePO4由于具有工作電壓高、重量輕、比能量大、自放電小、環(huán)境污染小等優(yōu)點，正逐步加速替代鉛酸、鎳鎘、鎳氫等材料，成為目前最受歡迎的綠色二次電池之一。本論文提出以聚苯乙烯（PS）微球為模板制備反蛋白石結構多孔狀結構LiFePO4正極材料并對其進行系統(tǒng)研究，通過改變材料的界面特性和界面間距，以尺寸效應來提高LiFePO4正極材料的高倍率充放電性能和循環(huán)容量、抑制循環(huán)容量衰減。研究結果表明，在750°C溫度下，前驅(qū)體濃度1mol/L，與PS微球體積比為1.0：1.0時，燒結產(chǎn)物電化學性能較好，在0.1C倍率下，容量高達151 mAh/g，達到理論值的88.9％。在5.0C高倍率充放電的情況下，容量仍然在120mAh/g以上。該研究結果不但對正極材料中的電化學行為、鋰離子遷移過程以及納米介孔界面態(tài)行為等理論研究具有重要的學術價值，而且可以在商業(yè)生產(chǎn)中得到應用，具有現(xiàn)實的市場價值。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- LiFePO4具有廉價、無毒、環(huán)境相容性很好、容量較高和穩(wěn)定性很好等特點，因此制備出電化學性能良好的LiFePO4將產(chǎn)生巨大的研究與商業(yè)價值。本論文中以聚苯乙烯（PS）微球為模板制備反蛋白石多孔狀結構LiFePO4進行系統(tǒng)研究，通過改變材料的界面特性和界面間距，以尺寸效應來提高LiFePO4的高倍率充放電性能和循環(huán)容量、抑制循環(huán)容量衰減，探討反蛋白石多孔狀結構LiFePO4電化學性能的增強機理。
科學性、先進性及獨特之處
- 采用溶膠—凝膠法制備前軀體，以聚苯乙烯（PS）微球為模板制備反蛋白石多孔狀結構鋰離子電池正極材料LiFePO4，在此基礎上進行系統(tǒng)研究，通過改變材料的界面特性和界面間距，以尺寸效應來提高LiFePO4正極材料的高倍率充放電性能和循環(huán)容量、抑制循環(huán)容量衰減。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 研究結果不但對正極材料中的電化學行為、鋰離子遷移過程以及納米介孔界面態(tài)行為等理論研究具有重要的學術價值，而且可以大規(guī)模應用于商業(yè)生產(chǎn)中，有效節(jié)約能源，促進社會的可持續(xù)發(fā)展，具有很高的市場價值。
學術論文摘要
- 提出以PS微球為模板制備反蛋白石多孔狀結構鋰離子電池正極材料LiFePO4并進行系統(tǒng)研究，改變材料的界面特性和界面間距，以尺寸效應來提高LiFePO4正極材料的高倍率充放電性能和循環(huán)容量、抑制循環(huán)容量衰減，探討反蛋白石多孔狀結構對電學性能的增強機制。研究結果表明，在750°C溫度下，前驅(qū)體濃度1mol/L，與聚苯乙烯（PS）微球體積比為1.0：1.0時，燒結產(chǎn)物電化學性能較好，在0.1C倍率下，容量高達151 mAh/g，達到理論值的88.9％。在5.0C高倍率充放電的情況下，容量仍然在120 mAh/g以上。該研究結果不但對正極材料中的電化學行為、鋰離子遷移過程以及納米介孔界面態(tài)行為等理論研究具有重要的學術價值，而且可以在商業(yè)生產(chǎn)中得到應用，具有很高的市場價值。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 目前,鋰離子電池正極材料的合成方法以固相法為主,工藝簡單,適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。除此之外,溶膠凝膠法、氣相沉積法 、共沉淀法 、水熱法 、激光脈沖沉積法、靜電噴涂法 、微波合成法、放電等離子燒結法以及機械化學法等均用于LiFePO4 正極材料的制備。其中,溶膠凝膠法因其顯著的優(yōu)點得到廣泛采用。 在LiFePO4正極材料在實用化過程中也存在一些問題，低電子電導率和Li+擴散系數(shù)將導致材料在充放電循環(huán)過程中出現(xiàn)電化學惰性區(qū)域，并隨著循環(huán)次數(shù)的增加，這種區(qū)域不斷粗化，使得材料的循環(huán)容量逐漸降低。尋找提高LiFePO4正極材料電子電導率和Li+擴散系數(shù)的改性方法一直是其研究的目標。已有的措施主要包括四個方面：1、導電劑表面包覆或直接加入制成復合材料（導電劑包括導電碳及有機碳氫化合物、金屬和導電高分子）；2、高價陽離子摻雜改性；3、過渡金屬(Mn，Co，Ni)部分取代Fe形成固溶體；4、工藝優(yōu)化。以上改性措施一定程度上提高了LiFePO4的循環(huán)容量和循環(huán)穩(wěn)定性，提高了LiFePO4的高倍率充放電性能。 于風、張敬杰等人利用噴霧干燥-碳熱還原法制備了多孔結構的LiFePO4/C球形粉體材料，且在室溫下，C/3首次放電比容量可達119mAh/g,顯示出了多孔結構LiFePO4/C優(yōu)異的電化學性能。C. R. Sides等以聚碳酸酯為模板，采用溶膠-凝膠法制備出LiFePO4納米線，用這種納米線組成的粉體制備的電極材料具有優(yōu)異的快速充放電行為，在5C的高倍率下進行充放電，容量能達到128mAh/g。在前人的理論工作基礎上提出以PS微球為模板，采用溶膠凝膠法制備反蛋白石結構多孔狀LiFePO4正極材料并進行系統(tǒng)的研究。
