磷酸铁锂毕业答辩PPT

1、锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料LiFePO4的合成与改性研究的合成与改性研究汇报人：汇报人： 指导老师：指导老师：大纲大纲1 1、研究背景研究背景2 2、研究内容重点介绍研究内容重点介绍3 3、结果与讨论、结果与讨论研究背景研究背景 1、能源短缺和环保的要求推动了电动汽车能源短缺和环保的要求推动了电动汽车(EV)(EV)及混合动力汽车及混合动力汽车(HEV)(HEV)的发展，车用动的发展，车用动力电池有着特殊的性能，但目前商品化的锂力电池有着特殊的性能，但目前商品化的锂离子电池还不能满足大规模应用的要求。离子电池还不能满足大规模应用的要求。 2、19971997年，年， J JB BGo

2、odenoughGoodenough等研究得到等研究得到了橄榄石型结构的磷酸铁（了橄榄石型结构的磷酸铁（LiFePOLiFePO4 4），通），通过十多年的研究其制备工艺日趋成熟，国内过十多年的研究其制备工艺日趋成熟，国内外都已有商业化生产。外都已有商业化生产。橄榄石结构的橄榄石结构的LiFePO4 的优点的优点1.1.可逆性好；可逆性好；2.2.大离子可以稳定其结构，防止铁离子溶解；大离子可以稳定其结构，防止铁离子溶解；3.3.所有的锂均可发生脱嵌；所有的锂均可发生脱嵌；4.4.原料来源广泛，价格低廉，且对环境无毒。原料来源广泛，价格低廉，且对环境无毒。 橄榄石结构的橄榄石结构的LiFePO

3、4 的缺点的缺点1.电子电导低；电子电导低；2.循环性能及高倍率充放电性能不是很好；循环性能及高倍率充放电性能不是很好；3.高电流密度下放电时可逆容量低；高电流密度下放电时可逆容量低；4.振实密度比较低，从而影响了材料的体积振实密度比较低，从而影响了材料的体积比能量比能量改性方法改性方法1、控制控制LiFePO4晶粒大小晶粒大小;2、制备复合材料，向制备复合材料，向LiFePO4中添加导电剂中添加导电剂制成制成LiFePO4/C, ,导电剂形成导电桥，加速导电剂形成导电桥，加速电子或离子的运动，提高材料表面电导率电子或离子的运动，提高材料表面电导率；3、在合成的过程中掺杂一些元素，形成固溶在合

4、成的过程中掺杂一些元素，形成固溶体，掺杂元素分布在晶体内部使晶胞变大体，掺杂元素分布在晶体内部使晶胞变大，扩大了，扩大了Li+ 的扩散通道，从而提高材料本的扩散通道，从而提高材料本体电导率。体电导率。 任务任务1、合成合成LiFePO4并对其进行改性；并对其进行改性；2、采用葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、采用葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、PVC等作为等作为碳源的碳热还原法合成碳源的碳热还原法合成LiFePO4/C ，并系，并系统地研究不同碳源的碳包覆；统地研究不同碳源的碳包覆；3、金属离子的体相掺杂对正极材料、金属离子的体相掺杂对正极材料LiFePO4的结构和电化学性能的影响，从而寻找出的结构和电化学性能的影

5、响，从而寻找出提高提高LiFePO4的电子电导率和离子扩散速率的电子电导率和离子扩散速率的途径。的途径。实验流程实验流程Li2CO3 Fe2O3 NH4H2PO4 不同碳源 混合均匀湿法球磨 (乙醇介质)5h混合好原料350 5h（2 /min）研磨1h 650 12h（2 /min）LiFePO4/CFe/C=1:1管式炉(氮气)LiFePO4样品的样品的XRD分析分析2030405060708090Intensity2 theta (deg)葡萄糖蔗糖柠檬酸PVC 0111111213112210221、四种碳源的衍射峰都较窄，峰形尖锐，衍射强度高。、四种碳源的衍射峰都较窄，峰形尖锐，衍射

6、强度高。2、葡萄糖为碳源合成的样品峰形最尖锐，衍射强度最大。、葡萄糖为碳源合成的样品峰形最尖锐，衍射强度最大。LiFePO4样品的样品的SEM分析分析葡萄糖葡萄糖1、得到的、得到的LiFePO4产物颗粒均匀，颗粒分布呈蜂窝状；产物颗粒均匀，颗粒分布呈蜂窝状；2、颗粒较均匀，一次粒子大小为、颗粒较均匀，一次粒子大小为200-300纳米。纳米。蔗糖蔗糖1、产物颗粒呈表面光滑的球状、产物颗粒呈表面光滑的球状2、颗粒粒径分布不均匀，一次粒子大小、颗粒粒径分布不均匀，一次粒子大小200-300微米微米柠檬酸柠檬酸1、产物颗粒大部分为带有微孔的球状；、产物颗粒大部分为带有微孔的球状；2、产物颗粒不均匀，一

7、次粒子大小为、产物颗粒不均匀，一次粒子大小为200-300纳米。纳米。PVC1、颗粒大部分为球状且出现孔状结构；、颗粒大部分为球状且出现孔状结构；2、产物颗粒不均匀，一次粒子尺寸大小为、产物颗粒不均匀，一次粒子尺寸大小为200-300纳米。纳米。循环伏安曲线循环伏安曲线（CV）2.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0Current / mAPotential / V1st2nd3rd1st2nd3rd 葡萄糖2.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-1.5-1.0-0.50.00.51.0

8、1.52.0Current / mAPotential / V1st2nd3rd1st2nd3rd 蔗糖2.42.62.83.03.23.43.63.84.04.2-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.03rd2nd1st2nd3rdCurrent / mAPotential / V1st 柠檬酸2.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5Current / mAPotential / V1st2nd3rd1st2nd3rd PVC图形分析图形分析 上图为以不同材料为碳源制备的上图为以不同材料为碳源制备的LiF

9、ePO4的循环的循环伏安曲线，扫描速度为伏安曲线，扫描速度为0.05 mV/ s , 扫描电压区间扫描电压区间为为2. 54. 2 V。1 1、每一条曲线都拥有一对氧化还原峰，分别代表者每一条曲线都拥有一对氧化还原峰，分别代表者Li + 的脱出和嵌入过程。的脱出和嵌入过程。2 2、氧化还原峰差越小，材料的电化学可逆性越好、氧化还原峰差越小，材料的电化学可逆性越好3 3、以葡萄糖为碳源制备的、以葡萄糖为碳源制备的样品的氧化峰位置和还原样品的氧化峰位置和还原峰位置之间的电势差最小，可逆性最好。峰位置之间的电势差最小，可逆性最好。充放电曲线充放电曲线0204060801001202.42.62.83

10、.03.23.43.63.84.04.24.4voltage(v)specific capacity(mAh/g)葡萄糖0.5C4th20th50th70th 0204060801002.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4voltage(V)specific capacity(mAh/g)蔗糖0.5C4th20th50th70th 0.00.10.20.30.40.50.62.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4voltage(v)specific capacity(mAh/g)柠檬酸0.5C4th20th50th70th 02040608

11、01001202.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4voltage(v)specific capacity(mAh/g)4th20th50th70thPVC 0.5C 图形分析图形分析1、从图可以看出，、从图可以看出，LiFePO4的充放电平台相当明显的充放电平台相当明显，充电平台在，充电平台在3.5V左右，放电平台在左右，放电平台在3.4V左右。左右。2、以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、PVC为碳源制备的为碳源制备的样品的首次放电容量分别为样品的首次放电容量分别为99.9mAh/g 、91.3mAh/g、 71.1mAh/g、 95.4351mAh

12、/g。3、由以上数据可见，以葡萄糖为碳源进行碳包覆、由以上数据可见，以葡萄糖为碳源进行碳包覆制成的正极材料的电化学性能较好。制成的正极材料的电化学性能较好。循环性能循环性能0204060801003035404550556065707580859095100105110115120125130Specfic capacity(mAh/g)Cycle number 葡萄糖 蔗糖 柠檬酸 PVC 经过一百次循环，以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、经过一百次循环，以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、PVC为碳源制备的为碳源制备的LiFePO4/C的保持率分别为的保持率分别为91.2%、84.6%、75.6%、88.2%。

13、由此可见，以葡萄糖为碳。由此可见，以葡萄糖为碳源制备的源制备的LiFePO4/C具有最佳的循环性能。具有最佳的循环性能。倍率性能倍率性能051015206065707580859095100105110115120Specfic capacity(mAh/g)Cycle number 葡萄糖 蔗糖 柠檬酸 PVC0.1C0.2C0.5C1C 在在0.1C、0.2C、0.5C、1C倍率下充放电容量对比图中，倍率下充放电容量对比图中，以以PVC为碳源合成的材料性能最好，平台较为明显。为碳源合成的材料性能最好，平台较为明显。LiFePO4的掺杂改性的掺杂改性（掺铝掺铝）1. LiFePO1. LiF

14、ePO4 4材料非常低的电子电导率严重制约了其材料非常低的电子电导率严重制约了其投入应用投入应用 2. 2. 碳包覆可改进碳包覆可改进LiFePOLiFePO4 4的电导性，提高其容量和的电导性，提高其容量和倍率性能，但只改变了粒子与粒子之间的电导性倍率性能，但只改变了粒子与粒子之间的电导性 3. 3. 通过金属离子掺杂制造材料晶格缺陷，从颗粒内通过金属离子掺杂制造材料晶格缺陷，从颗粒内部改善其导电性部改善其导电性XRD分析分析2030405060708090Intensity2 theta (deg)Al0.01Al0.05Al0.1 0111111213112210221、铝的掺杂量为、铝

15、的掺杂量为0.01和和0.05时，样品峰形尖锐，衍射强度大。时，样品峰形尖锐，衍射强度大。2、随着铝掺杂量的增加，峰形趋于平缓，衍射强度减弱。、随着铝掺杂量的增加，峰形趋于平缓，衍射强度减弱。3、铝的掺杂改性需在一定范围内进行、铝的掺杂改性需在一定范围内进行循环伏安曲线循环伏安曲线（CV）2.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0Current / mAPotential / V1st2nd3rd1st2nd3rd Al0.012.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-1.5-1.0-0.5

16、0.00.51.01.52.02.5Current / mAPotential / V1st2nd3rd1st2nd3rd Al0.052.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.5Current / mAPotential / V1st2nd3rd1st2nd3rd Al0.11、扫描速度为、扫描速度为0.1 mV/ s , 扫描电压区间扫描电压区间为为2. 54. 2 V。2、铝的掺杂量为、铝的掺杂量为0.01、0.05、0.1所对应所对应的氧化还原峰差分别为的氧化还原峰差分别为0.208、0.368、0.38

17、2V。3、铝的掺杂量为、铝的掺杂量为0.01时，样品氧化还原时，样品氧化还原峰差最小，化学可逆性好，保持率较高。峰差最小，化学可逆性好，保持率较高。充放电曲线充放电曲线05101520405060708090100110120130140Specfic capacity(mAh/g)Cycle number 葡萄糖 Al0.01 Al0.1 0.1C0.2C0.5C1C1、与纯态样相比，适度的掺杂铝可以提高电池的比容量、与纯态样相比，适度的掺杂铝可以提高电池的比容量2、在掺杂样中，掺、在掺杂样中，掺 Al(x=0.01)比容量较掺比容量较掺Al（x=0.1）的样品高，）的样品高，且循环性好且循环性好3、铝的掺杂改性需在一定范围内进行、铝的掺杂改性需在一定范围内进行结果与讨论结果与讨论1、本次实验对比不同碳源，采用碳热还原法合成、本次实验对比不同碳源，采用碳热还原法合成LiFePO4。2、XRD结果显示，以葡萄糖为碳源合成的样品峰形更加尖锐，衍射强结果显示，以葡萄糖为碳源合成的样品峰形更加尖锐，衍射强度更大。度更大。3、经过、经过SEM衍射图分析，以葡萄糖为碳源通过衍射图分析，以葡萄糖为碳源通过650煅烧煅烧12h得到的得到的