论文部分内容阅读
锂离子电池作为一种高效的绿色可持续能源存储装置,引起了人们的广泛研究。橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料因具有低毒性、低成本、长循环寿命和高安全性等特性,广泛应用于新能源汽车领域。为了满足日益增长的应用需求,本文合成了具有优异电化学性能的二维片状LiFePO4/C电极材料,并系统测试研究了其电化学性能。另一方面,随着LiFePO4电池的大规模应用,退役报废的LiFePO4电池也随之增多,若弃之不理,必会导致环境污染和资源浪费。因此,开展废旧LiFePO4电极材料的回收再利用研究具有重要意义。本论文主要的研究工作包括以下两方面:1、基于表面活性剂调控制备二维片状LiFePO4/C电极材料。具体地,以FeCl3·6H2O和H3PO4为原料,分别加入十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）,采用低温水浴法合成出片状形貌的FePO4·2H2O前驱物。通过后续加入锂源和碳源经高温煅烧制备了二维片状LiFePO4/C电极材料。研究不同类型的表面活性剂SDBS和CTAC对最终合成出LiFePO4/C的形貌以及电化学性能的影响。电化学性能测试得出:加入SDBS制备的LiFePO4/C微米片在0.1 C倍率下的放电比容量高达166.4 mAh g-1,且首次库伦效率达到99.6%;在1 C倍率下经过500次循环后,容量保持率高达99%,几乎没有衰减。加入CTAC合成的片状LiFePO4/C在0.1 C倍率下的放电比容量高达168 mAh g-1,接近于LiFePO4的理论容量,在高倍率10 C下容量仍达到127.2 mAh g-1;在1 C倍率下经过800次循环后,容量保持率高达92.7%。显而易见,使用表面活性剂CTAC所合成的片状LiFePO4/C电极材料具有更优异的电化学性能。2、基于电场驱动脱锂回收再利用废旧LiFePO4正极材料。选取1500次循环后的市售商业化LiFePO4电池,进行废旧锂离子电池的正极材料回收和再利用研究。将拆解废旧电池得到的LiFePO4正极材料重新制成浆料涂布于钛网,以其作为阳极,另一片钛网作为阴极,NaCl溶液作为支持电解质构建电解装置。外部接入可调直流稳压电源施加不同的电压,脱锂得到异磷铁锰矿型FePO4。以回收的FePO4为原料,加入一定比例的碳酸锂和葡糖糖,经高温煅烧合成出再生的LiFePO4/C材料。测试结果表明,循环再生的LiFePO4/C正极材料在0.1 C、5 C倍率下的放电比容量分别为148 mAh g-1、79 mAh g-1,在1 C倍率下循环300次容量保持率为96.3%,电化学性能明显优于废旧的LiFePO4材料,具有较高的实际应用价值。