磷酸铁锂碳源研究进展课件.pptx

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1、,包 覆 改 性 磷 酸 铁 锂 正 极 材 料 的 碳 源 研 究 进 展,2019年度电池材料学术年会,目录,01,02,03,前言,碳源的研究进展,结论,前言,01,磷酸铁锂由于其优异的循环性能安全性高等特点成为了一个备受关注的动力电池材料。但是该材料的锂离子扩散系数和电子导电率都比较低，因此在很大程度上限制了该材料在动力电池上的应用。,1,前言,电机,电池,电控,新 能 源 汽 车,1,前言,正极,隔膜,负极,成 本,锂离子电池,1,前言,1,前言,磷 酸 铁 锂,缺,点,电子导电率,锂离子扩散系数,差,限制了该材料在动力电池上的应用,1,前言,覆,碳,包,提高了材料的导电性,使得材料

2、拥有较小的粒径,增大了材料的锂离子扩散系数,改善了磷酸铁锂的电化学性能,碳源的研究进展,02,炭黑,乙炔黑,碳纳米管,石墨烯,葡萄糖,柠檬酸,蔗糖,高分子聚合物,2,碳源的研究进展,蔗糖,炭黑,乙炔黑,碳纳米管,石墨烯,葡萄糖,柠檬酸,高分子聚合物,2,碳源的研究进展,无机碳源,Ho Chul Shin1,通过机械活化法以乙炔黑，石墨和炭黑为碳源，制备了碳包覆的磷酸铁锂正极材料。,该材料在2C倍率放电比容量为120mAh/g。交流阻抗测试得出，石墨的加入改善了正极材料的电化学性能。,【1】Shin H C，Cho W I，Jang H.Electrochemical properties of

3、 carbon-coated LiFePO4 cathode using graphite,carbon black,and acetylene blackJ.Electrochimica Acta,2006,52(4):1472-1476.,Jin B2,在磷酸铁锂正极材料中添加5%的碳纳米管后制备成碳包覆的正极材料。,该材料在0.25C倍率下的放电比容量为142mAh/g，比纯相的LiFePO4有着更好的比容量与循环性能。,【2】Jin B，Gu H B，Zhang W X，et al.Effect of different carbon conductive additives on e

4、lectrochemical properties of LiFePO4/C/Li batteriesJ.Journal of Solid State Electrochemistry,2008,12(12):1549-1554.,Fatemeh Fathollahi3,通过水热方法制备得到了LiFePO4正极材料，然后将其包覆3%的石墨烯纳米片，进而得到了LiFePO4/C正极材料。,包覆石墨烯的正极材料在0.2C倍率下的放电比容量达157mAh/g，5C放电比容量为114mAh/g，而包覆之前的正极材料在5C下的放电比容量仅为50mAh/g。,【3】Fathollahi F，Javanba

5、kht M，Omidvar H，et al.Improved electrochemical properties of LiFePO4/graphene cathode nanocomposite prepared by one-step hydrothermal methodJ.Journal of Alloys and Compounds,2015,627:146-152.,2,碳源的研究进展,有机碳源,无机碳源,2,碳源的研究进展,蔗糖,蔗 糖,C12H22O11,Wang Ke 4,以碳酸锂、草酸亚铁以及磷酸二氢铵为原料，蔗糖为碳源，利用高速球磨机将原始材料混匀后，通过高温固相法制备

6、得到了高性能的磷酸铁锂正极材料。,4 Wang K，Cai R，Yuan T，et al.Process investigation,electrochemical characterization and optimization of LiFePO4/C composite from mechanical activation using sucrose as carbon sourceJ.Electrochimica Acta,2009,54(10):2861-2868.,0.1C,174mAh/g,20C,117mAh/g,Yoshihiro Kadoma5,以LiNO3H2O，Fe(

7、NO3)39H2O以及NH4H2PO4为原料，蔗糖为碳源，将制备得到的溶液混匀后于180下将水蒸干制备成前驱体，最后将前驱体与惰性气氛下煅烧得到正极材料。,很好的电化学性能，0.1C 159mAh/g,【5】Kadoma Y，Kim J-M，Abiko K，et al.Optimization of electrochemical properties of LiFePO4/C prepared by an aqueous solution method using sucroseJ.Electrochimica Acta,2010,55(3):1034-1041.,2,碳源的研究进展,葡萄糖

8、,葡萄糖,C6H12O6,Kerun Yang6,通过高温固相法以FePO42H2O,CH3COOLi以及葡萄糖为原料制备出了磷酸铁锂正极材料。,【6】Yang K R，Deng Z H，Suo J S.Synthesis and characterization of LiFePO4 and LiFePO4/C cathode material from lithium carboxylic acid and Fe3+J.Journal of Power Sources,2012,201:274-279.,0.1C，1C，10C下的放电比容量分别为162，142以及112mAh/g，100个

9、循环后容量只有很小的衰减,Li Jing7,利用水热的方法以磷酸亚铁，磷酸以及氢氧化锂为原料合成出纯的磷酸铁锂，然后再利用葡萄糖为碳源，FeSO47H2O为催化剂，于750下高温煅烧6h，最终得到了LiFePO4/graphene正极材料。,【7】Li J，Zhang L，Zhang L F，et al.In-situ growth of graphene decorations for high-performance LiFePO4 cathode through solid-state reactionJ.Journal of Power Sources,2014,249:311-319

10、.,0.1C,167.7 mAh/g,100C,94.3mAh/g,2,碳源的研究进展,柠檬酸,柠檬酸,C6H8O7,【8】Zhang Y，Feng H，Wu X B，et al.One-step microwave synthesis and characterization of carbon-modified nanocrystalline LiFePO4J.Electrochimica Acta,2009,54(11):3206-3210.,为碳源时，可以有效的防止Fe2+被氧化，在高温制备磷酸铁锂正极材料的过程中，柠檬酸在惰性气氛下高温裂解为无定型碳，抑制了磷酸铁锂晶体颗粒的长大。,

11、柠檬酸,Zhang8,以碳酸锂，磷酸氢铵以及草酸亚铁为原料，柠檬酸为碳源制备得到了磷酸铁锂正极材料。,0.1C,153 mAh/g,10C,120mAh/g,2,碳源的研究进展,其他有机碳源,Lv Yiju9,采用电池级别的LiOHH2O和FePO42H2O为原料，以淀粉作为碳源，通过高温固相法制备得到了LiFePO4/C正极材料,该材料在10C下的放电比容量为123mAh/g，并且100个循环后没有容量衰减。,Li Jianlong10,以低成本的FeCl2和NH4H2PO4为原料，使用PEG-6000为碳源制备前驱体，在650的N2气氛中高温煅烧6h得到了LiFePO4/C正极材料。,该材

12、料在0.2C，0.5C，1C，2C，5C，10C下的放电比容量分别为155 mAh/g，154 mAh/g，151 mAh/g，148 mAh/g，140 mAh/g以及130mAh/g。,陈明鸣11,以氢氧化锂、磷酸、硫酸亚铁为原料，利用沥青基两亲性碳材料为碳源包覆制备得到了均匀的磷酸铁锂正极材料。,该材料的结晶度高，缺陷少，在10C、30C下的放电比容量分别达到132.2mAh/g和113.3mAh/g。,9 Lv Y J，Long Y F，Su J，et al.Synthesis of bowl-like mesoporous LiFePO4/C composites as cathod

13、e materials for lithium ion batteriesJ.Electrochimica Acta,2014,119(0):155-163.10 Li J L，Wu J H，Wang Y，et al.Synthesis of LiFePO4/C composite with high rate capability using spheniscidite as a facile precursorJ.Materials Letters,2014,136(0):282-285.11 陈明鸣.一种高倍率型磷酸铁锂/炭及其制备方法P.中国专利:103904325,2014-03-21.,结论,03,碳包覆能够有效的改善磷酸铁锂正极材料的电化学性能，使得导电性更好，粒径更小。不同的碳源包覆改性磷酸铁锂的效果有所不同，有机碳源要由于无机碳源。,3,结论,电化学性能,优,性能和成本,有机碳源,3,结论,改进碳包覆制备工艺，进一步提升正极材料性能,寻求石墨化程度更高的碳源提升材料的导电性,寻求更廉价的有机碳源，降低正极材料的成本,未来展望,01,02,03,谢 谢 您 的 观 看,2019年度电池材料学术年会,pMrUkz16l7zcvbm,mrtdpMrUkz16l7zcvbm,mrtd,