论文部分内容阅读
磷酸铁锂是一种非常重要的锂离子电池正极材料,大量应用在各种电子器件以及电动汽车上。作为一种电极材料,磷酸铁锂具有原料来源丰富,热稳定性好,以及理论容量高等特点。但是电导率低和离子扩散系数低这两个缺点很大程度上限制了它的发展。本论文通过添加导电剂来改善它的电导率,通过控制合成尺寸更小的磷酸铁锂纳米颗粒来降低锂离子传输的距离,从而改进磷酸铁锂的电化学性能。(1)采用AgNO3与抗坏血酸在研磨的过程中发生固相反应的方法,成功的制备出Ag@LiFePO4复合材料。并通过改变AgNO3的添加量,制备出不同含银量的复合材料。并且将材料制备成电池测试其电化学性能,结果表明:添加2 wt%硝酸银获得的复合材料表现出最优的电化学性能,且与纯的磷酸铁锂相比,在0.1 C时电池的比容量从128mAh/g提高到156 mAh/g,并且在循环了80次之后还能保有97%的比容量,比容量衰减很少。在高倍率5 C充放电的情况下还能有94 mAh/g的比容量。然后我们又在Ag@LiFePO4复合材料的表面包覆一层碳,进一步的提高了LiFePO4的循环和倍率性能。(2)采用溶剂热的方法制备磷酸铁锂,通过改变反应的温度,时间,以及表面活性剂的加入量来控制磷酸铁锂的尺寸。通过减少材料的尺寸来降低锂离子在活性物质中的传输距离从而提高磷酸铁锂的电化学性能。我们成功的制备出磷酸铁锂纳米片,纳米棒和纳米颗粒。电化学性能测试证实纳米颗粒与纳米棒以及纳米片相比具有更好的电化学性能。从纳米片到纳米颗粒,随着尺寸的逐渐减少其电化学性能逐渐提高,比容量从65 mAh/g逐渐提高到105 mAh/g。(3)通过添加石墨烯和纳米Ag复合导电剂来改进上文提到的磷酸铁锂纳米颗粒。首先将实验室制备的氧化石墨烯、硝酸银和磷酸铁锂纳米颗粒在溶液中混合,然后将材料蒸干后进行热处理反应。在热处理过程中,氧化石墨烯被热还原为还原石墨烯,硝酸银被热分解为约10纳米且牢固吸附在石墨烯表面的Ag纳米颗粒。石墨烯/Ag复合导电剂很大程度上改善了磷酸铁锂电导率低的缺点,从而提高电化学性能。对比纯的LiFePO4,rGO@LiFePO4和rGO/Ag@LiFePO4这三种材料的电化学性能,发现rGO/Ag@LiFePO4复合材料具有最优良的电化学性能。通过加入5 wt%石墨烯和2 wt%硝酸银之后,rGO/Ag@LiFePO4的首次充放电的比容量可达到160 mAh/g,在5 C的倍率下仍可保持140 mAh/g比容量。