| 题名 | 离子液体包覆LiFePO_4及电化学性能的研究 |
| 作者 | 夏军 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 朱福良 |
| 关键词 | 磷酸铁锂 离子液体 锂电池 碳包覆 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 本文通过分析Li FePO4（LFP）电极材料的合成方法对其性能的影响,对传统的方法进行改进,通过以离子液体1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺盐[VEIm]NTf2作为碳源,采用水热法合成Li FePO4/C（LFP/C）电极材料。分别对所得材料进行物相表征,通过髙分辨率电镜对材料的形态进行检测。最后研究了材料的电化学性能。由于离子液体[VEIm]NTf2优异的润湿性能,使得碳膜紧密结合在LFP颗粒表面,在LFP表面增加了电子传输路径,不但提高了LFP的电导率,而且薄膜抑制了LFP颗粒的生长。因此,缩短了锂离子在材料晶格内嵌入和脱出的路径,从而提升了LFP电极材料的倍率性能。离子液体碳源1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺盐水热合成的LFP/C电极材料显著的提高了其可逆性能,循环稳定性,倍率性能和充放电比容量。改性的LiFePO4电极材料性能提升可归因于紧密结合的碳膜抑制了LFP颗粒的生长,提高了LFP电极材料电子电导率和离子电导率,从而改善了LFP电极材料的电化学性能。这些结果表明,离子液体[VEIm]NTf2不仅可以作为锂电池电极材料的优良碳源,而且还具备广泛应用工业化生产的潜力。以不同离子液体1-丁基-3-甲基咪唑二腈铵盐和葡萄糖作为碳源,采用水热法原位包覆合成LiFePO4/C电极材料（炭化样品分别命名为LFP/IAC和LFP/GAC电极材料）。分别对所得材料进行物相表征,包括X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电镜。结果表明,碳源对LFP颗粒无影响,但对包覆的碳膜产生显著影响,碳源能产生1-2nm的超薄碳膜,这在以前很少有报道。为了比较LFP/IAC和LFP/GAC电极材料的电化学性能,把电极材料组装成扣式半电池进行电化学性能的测试。与LFP/GAC电极材料相比LFP/IAC电极材料具有优异的可逆性和循环稳定性,在0.1C倍率下50次充放电循环后的放电比容量仍为160.6mAh·g-1（衰减率仅1.47%）,在1C倍率下50次充放电循环后的放电比容量为143.6mAh·g-1,这比LFP/GAC电极材料的性能更好。LFP/IAC电极材料优异的电化学性能可以归因于特殊的碳膜结构,缩短了锂离子在LFP颗粒嵌入和脱出的路径。这些结果表明,离子液体1-丁基-3-甲基咪唑二腈铵盐是更适合于原位包覆LFP材料的碳源。以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[BMIm][BF4]作为碳源,采用水热法合成LFP/C电极材料。分别对所得材料进行物相表征,包括X射线衍射、透射电镜和拉曼光谱等。结果表明,LFP和LFP/C电极材料结晶度好且纯度高,氟硼共掺杂碳膜来自离子液体[BMIm][BF4]的碳化,仅有3-5nm厚。与LFP电极材料相比LFP/C电极材料具有优异的倍率性能,在5C倍率下首次放电比容量仍高达123.9mAh·g-1,在0.1C倍率下40次充放电循环后的放电比容量为160mAh·g-1,这远好于LFP电极材料的性能。LFP/C电极材料优异的电化学性能是由于氟掺杂的碳层可以有效地提高材料的倍率性能和循环性能,此外氟掺杂还可以抑制LFP晶体的生长,缩短了锂离子在LFP电极材料晶格内迁移路径从而提高电极材料的电导率。另一方面,硼掺杂通过增加电子和空穴载流子迁移率来提高碳的电导率。这些结果表明,离子液体[BMIm][BF4]可以提供氟源和硼源有效改善Li FePO4电极材料的电化学性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 67 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93630]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 夏军. 离子液体包覆LiFePO_4及电化学性能的研究[D]. 2018. |
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