鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的復合改性研究-材料學專業(yè)畢業(yè)論文

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1、mobilityandlowereharge一transferresistanee.At0.1,1,10,50andIOOC,theeapacitiesofC一LIFePO4/graPheneare162.8,140.3,109.2,77.5and59.0mAh/g.BothlowandhighratePerformaneesareexeellent.AseomParedtothetotaleleetrodesize,thesPaceandProPortionoeeuPiedbygraphene15negligiblysmall,whiehgreatlyreducesthevo

2、lumeofeonduetiveadditive,oPeninguPthePossibilitytoinereasesubstantiallytheenergystoragedensityandrateeapabilityatequalamountsofloadingofeonduetiveadditives.KeyWords:Lithium一ionbattery;LIFePO4;graphene;eomPositemodifieationChineseLibraryClassifieationNumber:TMgl2.9第一章前言Ll引言隨著人口增長、經(jīng)濟發(fā)展與社會進步,人類

3、對于能源的需求也不斷增長。然而,傳統(tǒng)礦物能源的儲量有限,能源安全與環(huán)境污染等問題也威脅著人類的生存與發(fā)展。面對日益嚴峻的能源問題,人們逐漸認識到尋求新能源、開發(fā)新材料是應對這一問題的重要戰(zhàn)略舉措。其中蓄電池作為一種可以實現(xiàn)化學能和電能相互轉(zhuǎn)化的儲能裝置,成為合理、便捷利用能源的重要媒介,在國民經(jīng)濟和國防工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。1.2鏗離子電池概述近兩年以來,隨著國家大力發(fā)展與推廣一系列新能源戰(zhàn)略和舉措,電動汽車與插電式混合動力、可實現(xiàn)電力網(wǎng)穩(wěn)定化的蓄電系統(tǒng),以銼離子電池為代表的儲能應用技術帶來了進一步的機遇和挑,l淺。真正意義土的鏗離子電池概念最早是由M.s.whitti

4、ngham于1976年提出來的[’l,他發(fā)現(xiàn)層狀的TisZ在室溫下能夠可逆地與金屬鏗發(fā)生電化學反應,并首先將插入反應與能量存貯有機地聯(lián)系到一起。繼whittingham的開創(chuàng)性研究之后,一系列能和鏗發(fā)生可逆脫嵌反應的化合物被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)與報道:1980年J.B.Goodenough[2]等報道了LieooZ正極材料,1981年Ben實驗室首先將石墨用于銼離子電池負極材料。日本索尼(sony)公司于1990年率先將鏗離子電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[3l,推出了c幾icoo:電池,之后在接下來的20年時間內(nèi),銼離子電池作為最成功最普及的儲能裝置,己經(jīng)占領了便攜式電器的主要市場,成為手機、筆記本電腦

5、、攝像機等小型移動電子設備領域內(nèi)的電源首選,并有望在電動汽車與插電式混合動力汽車上得到更大規(guī)模的廣泛應用。完整的鏗離子二次電池體系通常由正極、負極、電解液和隔膜四個部分組成,其工作原理如圖1一1所示,鏗離子電池實質(zhì)上是一種Li+濃差電池:充電時正極材料中的Li+開始脫出,正極材料失去一個電子,Li+進入電解質(zhì)溶液透過隔膜向負極方向遷移,與負極碳材料形成插層化合物LiyCz,這時負極處于富鏗態(tài),正極處于貧銼態(tài)。在放電時則恰好相反,負極插層化合物LiyCz失去電子,Li+進入電解液并穿過隔膜嵌入到正極材料晶格中。在整個充放電過程中,Li+在正負極之間往返嵌入和脫出,正負極材料也發(fā)生

6、相應的氧化還原反應,因此鏗離子電池也被形象地稱為“搖椅電池”(RoekingChairBatteries)。r匕極與l包池反應過程如一卜:正傲應:LixMmo。一Lix一yMrno。+yLi++ye-負極反應:Zc+yLi++ye-LiyCz電池總反應:LixMmO。+zC閱~一-一-卜Lix一yMmO。+LiyCzPowersuPP卜1_e‘。e-丫一備Charge--一務~..喇尸卜.內(nèi).,膠,加陽一,姍一~一一‘e.一一硯schar群磅~別i帶Chargee一!場Dise】ta雌e.心一一~一Positi軍edectr記eXegatiTe七lectr叱eFI找rol訓e一

7、一~粼f‘一一靛薰一一冬蘭產(chǎn)翔一一~一~二拭一介一今丫萬、一宮‘-務戶,、下幾一萬丁’沙一月愁J、擴氣崖L~00習,g。勺M“‘公Grap獄te泄圖1一1銼離子電池工作原理圖與傳統(tǒng)二次電池相比,鏗離子電池的優(yōu)點二L要表現(xiàn)在:①電池電壓高,有利于減少電池組并減小可能由電池一致性差異造成的不利影響;②能量密度高,銼離子電池的質(zhì)量能量密度和體積能量密度都要遠高于傳統(tǒng)二次電池,錳酸鉀和磷酸鐵銼電池的的質(zhì)量能量密度可達到110一120whlkg;③循環(huán)性能較好;④自放電低;⑤無記憶效應;⑥環(huán)境友好。1

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