文档介绍：分类号: O69 密级: 公开
编号: 102009281

桂林理工大学
硕士研究生学位论文
锂离子电池 LiFePO4 /C 正极材料的碳热
还原法制备与性能研究
专业: 化学工艺
研究方向: 锂离子电池正极材料
研究生: 蒋英
指导教师: 肖顺华教授

论文起止日期:2010 年 9 月至 2013 年 4 月

I
Preparation and Properties of Cathode Materials for
Lithium Ion Battery by Carbothermal Reduction

Major:Chemical Technology
Direction of Study:Cathode Materials for Lithium Ion Battery
Graduate Student:Jiang Ying
Supervisor:Prof. Xiao Shun-hua

College of Chemical and Biological Engineering
Guilin University of Technology
September, 2010 to April,
2013
II
III
摘要
橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)具有理论容量高、循环性能好、资源丰富、价格低
廉、对环境友善等优点,得到了社会各界的广泛关注。但是,由于磷酸铁锂本身结构所
存在的缺点导致其电子电导率低和锂离子扩散系数小,不仅影响其大倍率放电,同时阻
碍了其工业化应用。为改善磷酸铁锂材料的性能,本论文在前人原位聚合-碳热还原的
基础上,以抗坏血酸及葡萄糖为碳源,通过改变磷酸铁锂制备工艺以期获得性能更为优
越的 LiFePO4/C 复合正极材料。
采用原位聚合法制备 FePO4/PANI 前驱体,并对前驱体进行红外、热重分析。以
FePO4/PANI 前驱体、乙酸锂及一定量的抗坏血酸为原料,经人工湿磨至胶状物后转移
至氛围下的管式烧结炉中进行烧结,采用两步烧结技术,先在 350℃烧结 5 h 后,冷却
研磨,再经高温烧结一定时间即得 LiFePO4/C 正极材料。研究了不同烧结温度、烧结时
间、碳含量对材料结构及性能的影响,XRD、SEM、CV、EIS 及恒流充放电测试技术
分别对其进行了表征。研究结果表明:当高温烧结温度为 650℃,烧结时间为 10 h,抗
坏血酸加入量为 20%时,材料的性能最好。
在两步烧结的基础上,研究了将碳源(抗坏血酸)分两步加入(第一步烧结—低温
烧结时加入部分抗坏血酸,第二步烧结—高温烧结时加入另一部分抗坏血酸)对材料性
能的影响。碳源的两步加入,即相对于在球形基体的基础上,进行二次球形处理,使最
终材料的形貌更加的均匀一致。对于碳源的两步加入,研究了烧结温度、烧结时间对材
料电化学性能的影响,同时研究了碳源两次加入的不同质量比对材料性能的影响。研究
结果表明,当质量比为 1 : 1 时,650℃下烧结 10 h 所制备的材料的性能最佳。
研究了双碳源(抗坏血酸、葡萄糖)两步加入法对材料性能的影响。研究结果表明:
以抗坏血酸与葡萄糖共同作为碳源,且采用两步法加入,当二者质量比为 1 : 1 时,所制
备的材料具有比较均一的形貌且电化学性能良好; C 下的首次放电比容量为
mAh/g,循环 10 次后,材料容量仍保持 %;、1、2、5 C 下,首次放电比容量分
别为、、、、 mAh/g,且 1、2、5 C 下分别循环 30 次后,材料容量
仍分别保持为 %、%、%。
关键词:锂离子电池,磷酸铁锂,原位聚合,两步烧结,双碳源,电化学性能

IV
Abstrat
Olivine-structured LiFePO4 as the cathode material for lithium ion battery has the
advantages of high theoretical capacity (170 mAh·g-1), good cycle performance, abundant raw
materials, inexpensive price, environmentally benign, and so on. Therefore, LiFePO4 is
considered as a promising cathod