【摘 要】
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磷酸铁锂(LiFePO_4)因具有良好的循环性能、高的理论比容量(170 mAh?g-1)、稳定的充放电平台等优点,一直在锂离子电池正极材料中占有不可取代的地位。同时也因为材料本身具备绿色环保,物美价廉等优点被作为最早商业化的正极材料之一,但LiFePO_4的低电导性(10-99 S?cm-1),低离子扩散率(10-310-66 cm2?s-1),造成了电池的倍率性能差,比容量难以达到理论容量,这
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磷酸铁锂（LiFePO4）因具有良好的循环性能、高的理论比容量(170 mAh?g-1)、稳定的充放电平台等优点,一直在锂离子电池正极材料中占有不可取代的地位。同时也因为材料本身具备绿色环保,物美价廉等优点被作为最早商业化的正极材料之一,但LiFePO4的低电导性(10-99 S?cm-1),低离子扩散率(10-310-66 cm2?s-1),造成了电池的倍率性能差,比容量难以达到理论容量,这不仅直接影响了LiFePO4在巨大的能源市场的应用,同时限制了在固态锂离子电池中的发展。本文针对LiFePO4的以上问题做了如下研究。本文首先采用添加模板剂水热法制备出具有较均一尺寸和结晶性能良好的LiFePO4材料,通过实验最终证实采用添加5wt%的模板剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）制备的材料能够在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C、2 C的电流密度下,放电容量分别为154 mAh?g-1、148 mAh?g-1、130 mAh?g-1、125 mAh?g-1、120 mAh?g-1,在100圈的循环之后,库伦效率能稳定保持在95%,实现了在无任何材料包覆的情况下,采用模板剂诱导合成出有较稳定电化学性能的正极材料。其次,利用石墨烯的高比表面和高的载流子迁移率的优点,以及结合碳材料能够在一定程度上抑制颗粒的生长和提高材料的电导性等特点,探究得到采用2wt%的石墨烯和一步合成的制备方法可以制备出高比容量、优良倍率性能的材料。在0.1 C的电流密度下,材料的放电容量为167.4 mAh?g-1,几乎接近材料的理论容量,在10 C的电流密度下,也能稳定的发挥90.8 mAh?g-1的比容量,这种探究不仅在工艺上大大简化了材料的制备过程,节省时间与成本,有利于在商业上的应用,也能够制备出具有较好活性的正极材料,利于材料在固态电池中的应用。最后,通过探究酸改性锂镧锆氧制备出具有高离子电导率(9.0×10-44 S?cm-1)的复合固态电解质,并得到改性后的复合固态电解质的LiFePO4固态电池在0.2 C的电流密度下,放电比容量为163 mAh?g-1,200圈循环之后容量保持率为90%。
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