本文關鍵詞：磷酸鐵鋰電極界面反應機制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池的電極界面反應過程對電池的充放電容量、循環(huán)特性及倍率性能等具有重要影響。因此研究鋰離子電池的電極界面反應過程對闡明其容量衰減機理、提高其循環(huán)容量及倍率性能等具有十分重要的意義。磷酸鐵鋰(LiFePO_4)是目前廣泛應用的鋰離子電池正極材料,然而對于LiFePO_4的電化學阻抗譜(EIS)的解釋還有很多爭論。本文中,首先采用EIS研究了添加不同比例石墨導電劑的LiFePO_4電極在室溫條件下的電化學脫嵌鋰過程。結果表明,導電劑的比例對LiFePO_4電極的特征電化學阻抗譜具有顯著的影響:室溫下隨著電極中導電劑的增多,阻抗譜從一個半圓和一條斜線轉(zhuǎn)變成兩個半圓和一條斜線;當LiFePO_4電極中的導電劑含量低于30%時,室溫下LiFePO_4電極的特征阻抗譜為高頻區(qū)的一個半圓和低頻區(qū)的一條斜線,其中,高頻區(qū)的半圓主要歸屬于電極材料與集流體之間的接觸阻抗,而非通常所理解的電荷傳遞過程。然而,在特定的嵌鋰狀態(tài)下,添加50%石墨導電劑的LiFePO_4電極的特征阻抗譜則由三個部分組成,即兩個半圓和一條斜線,其中高頻區(qū)的半圓主要歸屬于電極材料與集流體之間的接觸阻抗,中頻區(qū)的半圓歸屬于電荷傳遞過程和電極顆粒間的接觸阻抗。其中,中頻區(qū)半圓隨電極電位的變化,主要是由電荷傳遞過程引起的。接著,本文研究了商品化LiFePO_4電極在脫嵌鋰過程中的EIS譜特征隨溫度的變化。結果表明,在5℃,LiFePO_4電極在脫嵌鋰過程中,其阻抗譜中存在三個半圓;并且,LiFePO_4電極的阻抗譜特征的變化與環(huán)境溫度有關,隨溫度的升高,歸屬于電極材料與集流體之間的接觸阻抗的半圓和歸屬于鋰離子在SEI膜中的遷移的半圓會發(fā)生重疊而成為一個半圓。根據(jù)以上實驗結果可知,室溫下LiFePO_4電極阻抗譜的高頻區(qū)半圓不僅歸屬于電極材料與集流體之間的接觸阻抗還和鋰離子在SEI膜中的遷移有關。通過選取適當?shù)牡刃щ娐窋M合了實驗所得的電化學阻抗譜數(shù)據(jù),測得了LiFePO_4電極在電解液中相關的反應活化能ΔG。此外,本文采用高能球磨法合成了LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4/C復合正極材料,采用EIS和恒流充放電技術研究了該材料電極的電化學脫嵌鋰過程和相應的循環(huán)性能。結果表明:合成的LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4/C正極材料具有典型的橄欖石結構,并且具有優(yōu)良的電化學性能,其首周放電容量為142.2 mAh g-1,100周放電容量為144.8 mAh g-1。EIS研究結果表明,LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4/C電極的Nyquist圖由高頻區(qū)的一個半圓、中頻區(qū)的一段圓弧和低頻區(qū)的一條斜線組成,其中高頻區(qū)的一個半圓歸屬于電極材料與集流體之間的接觸阻抗和鋰離子在SEI膜中的遷移,中頻區(qū)的圓弧歸屬于電荷傳遞過程。
【關鍵詞】：磷酸鐵鋰 鋰離子電池 電化學阻抗譜 電極界面反應機制 動力學參數(shù)
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 變量注釋表18-19
• 1 緒論19-29
• 1.1 鋰離子電池簡介19-20
• 1.2 鋰離子電池的工作原理和基本結構20-22
• 1.3 鋰離子電池正極材料簡介22-26
• 1.4 鋰離子電池電極界面反應機制26-28
• 1.5 本論文研究意義及內(nèi)容28-29
• 2 實驗儀器與實驗技術29-33
• 2.1 實驗試劑與實驗儀器29-30
• 2.2 電極的制備和電池的組裝30-33
• 3 LiFePO_4電極界面反應機制研究33-49
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實驗部分34-35
• 3.3 材料表征35-36
• 3.4 LiFePO_4電極基本電化學性能研究36-38
• 3.5 LiFePO_4電極界面反應機制EIS研究38-47
• 3.6 本章小結47-49
• 4 溫度對LiFePO_4中鋰離子脫嵌過程的影響49-63
• 4.1 引言49-50
• 4.2 實驗部分50
• 4.3 結果與討論50-61
• 4.4 本章小結61-63
• 5 LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4/C的制備及其電化學性能63-73
• 5.1 引言63-64
• 5.2 實驗部分64-65
• 5.3 材料表征65-66
• 5.4 LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4/C電極基本電化學性能研究66-67
• 5.5 LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4/C電極界面反應機制EIS研究67-71
• 5.6 本章小結71-73
• 6 結論73-75
• 參考文獻75-84
• 作者簡歷84-86
• 學位論文數(shù)據(jù)集86

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1 本報記者 胡Z，

本文編號：452781