生物碳包覆LiFePO4正极材料的制备及其性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongjiansu
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磷酸铁锂(LiFePO4)作为最具发展潜能的锂离子电池正极材料之一,已经被广泛地运用于电子设备、电动汽车中。但由于LiFePO4自身结构的原因,其正极材料的电子电导率和锂离子传输速率低。大量研究表明,在LiFePO4表面包覆碳可以有效地解决这一问题,然而目前的碳包覆工艺繁琐,大多需要二次烧结,且包覆效果不理想。本论文针对上述问题,基于生物矿化这一概念,采用取材方便、成本低廉的酵母菌作为生物碳源,制备包覆效果良好的LiFePO4/C材料,并系统地研究了酵母菌浓度及前驱液p H值对样品电化学性能的影响。主要研究内容如下:一、采用生物-溶胶凝胶法制备LiFePO4/C材料,并探究了酵母菌浓度对样品的影响。研究结果表明:四种不同酵母菌浓度下均可制备出LiFePO4/C材料,加入酵母菌后样品的形貌和粒径发生明显变化,酵母菌浓度对样品性能有较大的影响。酵母菌浓度为20 g/L时,制备的LiFePO4颗粒均为球形或椭圆形,颗粒大小为100-300 nm左右,分散均匀,没有团聚现象,在LiFePO4表面形成了均匀的碳包覆层,碳层厚度为20.37 nm。电化学测试发现,加入酵母菌后制备的LiFePO4/C材料的电化学性能明显优于未加酵母菌时制备的样品的电化学性能。二、通过生物-水热法制备LiFePO4/C材料,将酵母菌作为生物碳源,对比了四种不同酵母菌浓度条件下制备的LiFePO4/C材料。研究结果表明:当酵母菌浓度为20 g/L时,LiFePO4颗粒大多数为球形或椭球形,少数为小块,大小颗粒混合分布,小颗粒填充在大颗粒的空隙中,减小了离子的传输距离,有利于提高材料的电化学性能。在0.1C倍率下,样品的首次放电比容量达到158.7 m Ah/g,与未加酵母菌时制备的LiFePO4的放电比容量(124.7 m Ah/g)相比较有明显的提高,电池稳定性较好。三、研究了前驱液p H值对生物-水热法合成的LiFePO4/C材料的形貌及其性能的影响。研究发现,在不同的前驱液p H值(p H=3,5,7,8,9)条件下,均可制备出LiFePO4/C材料,样品的形貌和电化学性能发生了明显的变化。当前驱液p H=8时,样品的电化学性能最好,电池稳定性较好。
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