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基本信息

項目名稱：
反蛋白石多孔狀結(jié)構(gòu)LiFePO4的制備與性能研究
小類：
能源化工
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(jié)構(gòu)多孔狀結(jié)構(gòu)LiFePO4正極材料并對其進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究結(jié)果表明，通過改變材料的界面特性和界面間距，以尺寸效應(yīng)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(xì)介紹：
20世紀(jì)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(yán)重的環(huán)境問題，高效、環(huán)保、節(jié)能型能源的開發(fā)和應(yīng)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(jié)構(gòu)多孔狀結(jié)構(gòu)LiFePO4正極材料并對其進(jìn)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(yīng)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(jié)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(jié)產(chǎn)物電化學(xué)性能較好，在0.1C倍率下，容量高達(dá)151 mAh/g，達(dá)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(jié)果不但對正極材料中的電化學(xué)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(xué)術(shù)價值，而且可以在商業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，具有現(xiàn)實的市場價值。

作品圖片

  • 反蛋白石多孔狀結(jié)構(gòu)LiFePO4的制備與性能研究
  • 反蛋白石多孔狀結(jié)構(gòu)LiFePO4的制備與性能研究
  • 反蛋白石多孔狀結(jié)構(gòu)LiFePO4的制備與性能研究
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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(xué)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(jié)構(gòu)LiFePO4進(jìn)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(yīng)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(jié)構(gòu)LiFePO4電化學(xué)性能的增強機理。

科學(xué)性、先進(jìn)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(jié)構(gòu)鋰離子電池正極材料LiFePO4，在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(yīng)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(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

研究結(jié)果不但對正極材料中的電化學(xué)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(xué)術(shù)價值，而且可以大規(guī)模應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)中，有效節(jié)約能源，促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展，具有很高的市場價值。

學(xué)術(shù)論文摘要

提出以PS微球為模板制備反蛋白石多孔狀結(jié)構(gòu)鋰離子電池正極材料LiFePO4并進(jìn)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(yīng)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(jié)構(gòu)對電學(xué)性能的增強機制。研究結(jié)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(jié)產(chǎn)物電化學(xué)性能較好，在0.1C倍率下，容量高達(dá)151 mAh/g，達(dá)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(jié)果不但對正極材料中的電化學(xué)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(xué)術(shù)價值，而且可以在商業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，具有很高的市場價值。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[1] Hsu KF , Tsay S Y, Hwang B J . Materials Chemistry , 2004 , 14 : 2690 —2695. [2] Sides C R, Croce F, Young V Y, et al. A high-rate, nanocomposite LiFePO4/carbon cathode[J]. Electrochem. and Solid State Let., 2005, 8(9): A484-A487. [3] H.T.Chung, Soo-Kwan Jang. Effects of nano-carbonwebs on the electrochemical properties in LiFePO4/C composite[J]. Solid State Commun, 2004, 131(8)：549. [4] 呂正中，周震濤. LiFePO4/C復(fù)合正極材料的結(jié)構(gòu)與性能[J]. 電池，2003，33（5）：267-271. [5] 楊蓉，趙銘姝，等. 鋰離子電池正極材料LiFePO4的電化學(xué)性能改進(jìn)[J]. 化工學(xué)報，2006，57(3)：674-675. [6] K.S.Park, J.T.Son, H.T.Chung, et al. Surface modification by silver coating for improving electrochemical properties of LiFePO4[J]. Solid State Commun, 2004, 129(5)：311. [7] Amine K, Liu J, Belharouak I. High-temperature storage and cycling of C-LiFePO4/graphite Li-ion cells[J]. Electrochem. Commun., 2005, 7(7): 669-673. [8] 張寶，羅文斌，等. LiFePO4/C鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能[J]. 中國有色金屬學(xué)報，2005，15(2)：300-301.

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(jié)法以及機械化學(xué)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(dǎo)率和Li+擴散系數(shù)將導(dǎo)致材料在充放電循環(huán)過程中出現(xiàn)電化學(xué)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(dǎo)率和Li+擴散系數(shù)的改性方法一直是其研究的目標(biāo)。已有的措施主要包括四個方面：1、導(dǎo)電劑表面包覆或直接加入制成復(fù)合材料（導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電碳及有機碳?xì)浠衔铩⒔饘俸蛯?dǎo)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(fēng)、張敬杰等人利用噴霧干燥-碳熱還原法制備了多孔結(jié)構(gòu)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(dá)119mAh/g,顯示出了多孔結(jié)構(gòu)LiFePO4/C優(yōu)異的電化學(xué)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(jìn)行充放電，容量能達(dá)到128mAh/g。在前人的理論工作基礎(chǔ)上提出以PS微球為模板，采用溶膠凝膠法制備反蛋白石結(jié)構(gòu)多孔狀LiFePO4正極材料并進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
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