微波法制備磷酸鐵鋰終版畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-08-09 21:27本頁(yè)面
【正文】 alysis lithium ion battery electrochemistry performance.Key word: Lithium ion battery, microwave method, iron phosphate lithium, electrochemistry performance 目錄 1 引言 1 鋰離子電池的發(fā)展概述 2 3 本章小結(jié) 5 6 鋰離子電池的原理 實(shí)驗(yàn)室扣式鋰離子電池的制備 6 9 不摻雜碳時(shí)不同微波輻射時(shí)間對(duì)磷酸鐵鋰電化學(xué)性能影響 9 摻雜碳時(shí)不同微波輻射時(shí)間對(duì)磷酸鐵鋰電化學(xué)性能影響 11 13 不同微波輻射功率對(duì)磷酸鐵鋰電化學(xué)性能影響 15 本章小結(jié) 17全文總結(jié) 18致 謝 201. 鋰離子電池緒論 引言能量，是人類社會(huì)賴以生存發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著人類社會(huì)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代，人們對(duì)能量的需求和要求都越來(lái)越高，尤其進(jìn)入21世紀(jì)，尋找替代能源和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展成為時(shí)代的主題，這要求人們?cè)诂F(xiàn)有的基礎(chǔ)上發(fā)展新能源及新能源材料。鋰離子電池是一種充電電池，它工作機(jī)理是依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)。鋰離子電池是現(xiàn)代高性能電池的代表。雖然LiFeP04具有許許多多的優(yōu)點(diǎn)，但LiFeP04不是全能的，LiFeP04具有兩個(gè)缺陷，一是導(dǎo)電率低，二是傳導(dǎo)速率低，這兩個(gè)缺陷成為限制其應(yīng)用的最大障礙。通常的做法用摻雜碳來(lái)研究LiFeP04的導(dǎo)電率及傳導(dǎo)速率的改良，這種方法很久前就已經(jīng)有人在實(shí)驗(yàn)，是比較成熟傳統(tǒng)的方法。以前照相機(jī)使用的扣式電池就屬于鋰電池。這種電池可以充電，但是循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過(guò)程中容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路。1982年首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。由于傳統(tǒng)鋰電池循環(huán)性能的缺陷不能滿足市場(chǎng)要求，后來(lái)，索尼公司發(fā)明了以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物為正極的鋰離子電池，鋰離子電池在商業(yè)上得到應(yīng)用。 正極材料。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究表明，采用含有鋰元素的導(dǎo)體材料（離子化合物、聚合物）作為電極材料是高能電池的首選。與磷酸鐵鋰相比較，磷酸鈷鋰因?yàn)殁拑r(jià)高昂而被放棄；磷酸錳鋰則因?yàn)榘踩院褪褂脡勖矫娌蝗缌姿徼F鋰?yán)硐攵饾u被淘汰①。磷酸鐵鋰電池在動(dòng)力電池領(lǐng)域也逐步得到了較好的發(fā)展。負(fù)極材料一直來(lái)不是鋰離子電池研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，其實(shí)負(fù)極的重要性與正極一樣，對(duì)鋰離子電池的性能具有重要影響。電解液。鋰電池電解液是由六氟磷酸鋰加上有機(jī)溶劑配成，六氟磷酸鋰由五氯化磷和溶解在無(wú)水氟化氫中的氟化鋰反應(yīng)結(jié)晶而成。隔離膜的作用是隔開(kāi)電池的正負(fù)極，防止造成短路，隔離膜能使鋰離子自由的通過(guò)。（3）鋰離子電池的發(fā)展前景21世紀(jì)是追求節(jié)能和環(huán)保的世紀(jì)，鋰離子電池具備這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池自從在工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)以來(lái)，已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開(kāi)發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開(kāi)始試用。與鋰離子電池相比，鎳氫電池存在兩個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即續(xù)航能力不足和不能外插式充電。磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池符合低碳、環(huán)保、節(jié)能的世界潮流，從手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)到汽車，都會(huì)用到磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰正迅速占領(lǐng)電池市場(chǎng)。LIFeP04物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)，空間群為Pmnb。磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示： 圖1：磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)示意圖磷酸鐵鋰?yán)碚摫热萘枯^高，為170 mA h /g，在小電流充放電時(shí)有著極為平穩(wěn)的充放電平臺(tái)[1]。其次，LiFePO4與FePO4在結(jié)構(gòu)上極為相似，在鋰離子的脫嵌過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)不需要發(fā)生重排，這也是LiFePO4具有優(yōu)異循環(huán)性能的一個(gè)主要原因在磷酸鐵鋰中，鋰與氧之間是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，這一特性決定了磷酸鐵鋰在高溫下難以釋放出氧，大大提高了它的熱穩(wěn)定性。Li+的脫出嵌入過(guò)程發(fā)生在LiFePO4/FePO4相界面，因此其充放電曲線非常平坦，電位穩(wěn)定由于1mol的LiFePO4可以脫去1 mol的Li+，因此有著較高的比容量，其理論容量為170 mAh/g，非常適合用作電極材料。存在的不足是電極離子傳導(dǎo)率差，不適宜大電流的充放電，這是制作磷酸鐵鋰電池必須解決的首要問(wèn)題，一般用碳包覆和摻雜金屬離子的方法改良磷酸鐵鋰的擴(kuò)散性能。其中碳源主要有兩大類包括無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳，無(wú)機(jī)碳包括乙炔黑、炭黑、碳納米管；有機(jī)碳包括各種糖類如葡萄糖、麥芽糖、蔗糖，以及各種高分子聚合物，如聚乙烯醇、聚丙烯等。碳摻雜主要作用有如下幾方面：作為還原劑阻止Fe3+的形成；避免團(tuán)聚，阻止不必要的晶粒生長(zhǎng)；起電子傳導(dǎo)作用，提高材料的導(dǎo)電性能④。（4）磷酸鐵鋰的前景 中國(guó)目前提出“節(jié)能、減排”的目標(biāo)，磷酸鐵鋰符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)調(diào)整政策，是陽(yáng)光產(chǎn)業(yè)之一，世界主要國(guó)家，包括中國(guó)已經(jīng)把發(fā)展儲(chǔ)能電池放到國(guó)家戰(zhàn)略高度，這是磷酸鐵鋰獲得快速發(fā)展的外部良好環(huán)境。作為汽車的大動(dòng)力電池，盡管目前存在技術(shù)和價(jià)格上的一些缺陷，但其巨大的市場(chǎng)必然促使磷酸鐵鋰在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)迅速發(fā)展成熟。（5）微波法制備磷酸鐵鋰正極材料的制備是目前制約鋰離子電池發(fā)展的重要瓶頸，磷酸鐵鋰是該領(lǐng)域中最主要的研究熱點(diǎn)。本文主要討論微波法合成磷酸鐵鋰。微波能量被樣品直接吸收,能在很短的時(shí)間內(nèi)均勻、快速加熱,其基本原理是用活性炭作為微波接收體,通過(guò)活性炭接收微波,快速加熱前驅(qū)體,同時(shí)碳氧化制造出還原性氣氛,因此由于加熱時(shí)間非常短, 可以在極短的時(shí)間里均勻深入到樣品的內(nèi)部,使燒結(jié)的樣品中心溫度迅速升高,整個(gè)樣品幾乎同時(shí)被均勻加熱，并且不需要還原性氣體或惰性氣體而備受關(guān)注。然后將塊料埋入有石墨的坩堝中，用燒杯罩住置于家用微波爐（700W）的加熱腔中, 微波加熱后取出研磨，得到材料LiFePO4⑤。本章主要介紹扣式鋰離子電池的原理以及實(shí)驗(yàn)室鋰離子電池的制備。充電時(shí)，Li十從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極。 圖3：鋰離子電池工作原理圖鋰離子電池要求正負(fù)極材料能讓Li+自由的通過(guò)，而且必須保證Li+的嵌入和脫出不會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。、實(shí)驗(yàn)室扣式鋰離子電池的制備實(shí)驗(yàn)室中制備的鋰離子電池
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