水热法磷酸铁锂正极材料的应用性能研究

摘要

目前商业化的磷酸铁锂（LFP）正极材料可由固相法和水热法制备。水热法LFP产品因其具有纯度高、晶体择向生长、颗粒细小均匀等特点成为高端产品。目前国内尚无水热法LFP产品供应。作为电极材料，需满足电化学性能和加工应用性能等多方面的要求。不同方法或工艺所得样品的理化指标不尽相同，这导致了材料在应用性能上的差异。本课题组已对水热法合成磷酸铁锂工艺进行了基础研究，尚需对样品的应用性能进行详细研究。
　　探索了LFP/C的制浆性能。通过改变导电剂的含量和不同导电剂组合，考察浆料的固含量、表面电阻和面密度，得到最佳制浆配方。当LiFePO4:PVDF:Super-P:KS-6=93.5:3.5:2:1时，浆料的稳定性和分散性能最好，涂覆出的极片的一致性最好。
　　考察了水热法 LFP对电解液酸度的敏感性并与固相法 LFP进行了对比。将电解液放置于空气中10-30分钟以改变其中的水分和酸度。无论水热法或固相法的LFP，随电解液中酸度和水分的增加，电池的充电电压平台均有0.02-0.05V升高，但首次容量、倍率性能和循环性能在电解液酸度为59.2 ppm时出现最佳值。电解液酸度升至110.6 ppm时，两种材料的倍率性能均有所下降，相对于固相法LFP，水热法LFP对电解液中酸度更为敏感。
　　考察了压实密度为2.15、2.25和2.30 g·cm-3时，水热法LFP材料的容量发挥。压实密度为2.25 g·cm-3时，电池放电容量最高，放电电压平台平滑，且平台较高。
　　用26650型全电池对水热法LFP进行了测试，并与德国南方化学水热法产品（P2）、台湾长园固相法产品的电化学性能进行了对比。水热法的产品放电比容量分别为144.2（P2）、142.0 mAh·g-1（本实验室），高于固相法产品128.0mAh·g-1的比容量。本实验水热合成的磷酸铁锂电池的倍率性能最好，其0.5C、1C、3C和5C的容量保持率分别为98.78％、97.25%、96.94%和96.64%，本实验室样品在高温存储后，其容量保持率和容量恢复率分别为96.23%和97.10%，内阻增长率较小，电压降为0.049 V。在充放电100次循环后容量保持率仍为98.91%，500次后电池的容量保持率为97.61%，循环1000次后容量保持率也有93.97%。

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符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 磷酸铁锂正极材料简介

1.3 磷酸铁锂应用性能研究

1.4 选题依据和研究意义

1.5 本课题研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料和仪器

2.2 电池制备工艺及流程

2.3 性能测试及表征

第三章 导电剂对磷酸铁锂制浆性能的影响

3.1 引言

3.2 实验设计方案

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 电解液酸度对磷酸铁锂性能的影响

4.1 引言

4.2 实验设计方案

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 水热法磷酸铁锂全电池电化学性能研究

5.1 引言

5.2 实验设计方案

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢