一维核壳结构LiFePO4/C复合材料的合成与电化学性能的研究

摘要

能量转换和存储的关键在于新材料进步和发展，而这两者都是解决目前全球变暖和化石燃料短缺的重要手段。在21世纪的重大挑战其中一个无疑是能量转化与储存的问题。锂离子电池由于它们的高电动势和高能量密度作为一种有效的能量转化的工具，而得到广泛的关注。　　本文采用FeC2O4、H3PO4、LiAc·2H2O和和生物纤维碳源为原料，根据选材本身的纤维特点通过蒸发自组装的方法控制合成一维核壳结构的LiFePO4/C复合材料。并对我们合成的一维核壳结构的LiFePO4/C采用X衍射分析（XRD），SEM，TEM，TG等测试方法对样品的形貌结构进行分析比较，另外针对材料的电化学性能，我们组装成扣式电池采用恒电流充放电测试，循环伏安特性测试以及交流阻抗测试对样品的电化学性能进行表征。在实验中，通过对煅烧条件的探索，确定了磷酸铁锂的最佳煅烧条件为700℃和15小时。　　本文中探索了分别探索了棉絮、柳絮和PVA含量在合成一维核壳结构的LiFePO4复合材料的积极作用。通过调节纤维碳材料的含量，确定了合成一维核壳结构的活性物质最合适的纤维用量。在棉絮作为碳源的实验中，随着棉絮含量的增加，材料的电化学性能有所增加，在含量达到5％时，电池性能最佳，0.1C首次放电比容量达到159 mAh·g-1，同时循环性能也最好；在柳絮的实验中，同样获得了一维线性结构，根据SEM图像可以看出，此时线性结构明显比棉絮要细小，均匀。同时，柳絮含量达到5%时，电化学性能高于其他条件；首次放电比容量达到162 mAh·g-1；在PVA为碳源的实验中，通过调节添加PVA的含量，我们得到了LiFePO4/C纳米线结构。通过SEM分析明显看出在PVA含量为6wt%时，等到了均一的纳米线，同时电化学性能表现最佳。在循环性能曲线中明显看出在20C的大倍率依然表现出优秀的性能，同时CV，EIS分析中展现了PVA的添加对性能提升的重要作用。

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第一章 绪论

引言

1.1 锂离子电池研究综述

1.2 锂离子电池正极材料研究现状

1.3 磷酸铁锂正极材料

1.3 课题的提出与研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料和仪器

2.2 样品的制备

2.3 样品的表征方法

2.4 电化学性能测试表征

第三章 以棉絮为碳源合成LiFePO4/C复合材料

3.1 材料的合成

3.2 煅烧条件的选择

3.3 LiFePO4/C样品形貌分析

3.4 LiFePO4/C样品电化学性能分析

3.5 本章小结

第四章 以柳絮为碳源合成LiFePO4/C复合材料

4.1 材料的合成

4.2 LiFePO4/C样品结构分析

4.3 LiFePO4/C样品形貌分析

4.4 LiFePO4/C样品电化学性能

4.5 本章小结

第五章 以PVA作为碳源合成LiFePO4/C纳米线

5.1 材料的合成

5.2 LiFePO4/C样品的物相分析

5.3 LiFePO4/C样品的形貌分析

5.4 LiFePO4/C样品的电化学性能分析

5.5 实验小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢