锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能测试开题报告 - 图

山东轻工业学院

毕业设计（论文）开题报告

课题名称 锂电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能测试 课题类型 实验研究 学生姓名 赵聪聪 学 号 导师姓名 200707021022 修志亮 专业班级 材料化学07-1 随着社会的进步，人们对化学电源提出了高能量、长寿命、低成本、低环境污染的要求。虽然锂离子电池目前已实现了商品化，但正极镶嵌锂材料结构与性能的研究，以及如何提高容量和降低成本是锂离子蓄电池进一步被开发和应用的关键。 LiFePO4的研究开始于1997年Goodenough等人的开创性工作。由于LiFePO4具有较稳定的氧化状态，安全性能好，高温性能量好，同时又具有无毒、无污染、原材料来源广泛、价格便宜等优点，LiFePO4被认为是极有可能替代现有材料的新一代正极材料。以他为代表的磷酸盐正极材料预期有利于解决目前大容量锂离子电池安全性差等问题，使锂离子电池的应用空间进一步扩展。 一．选题依据 1.磷酸铁锂电池材料国际发展状况 国际上生产磷酸铁锂电池材料厂商主要有加拿大Phostech、美国Valence、美国A123等。加拿大Phostech Lithium公司，获得了发明者Goodenough教授的独家许可，首家开始生产和销售磷酸铁锂材料，原生产规模一直不大，但是在2007年，获得德国南方化学的投资后，加快了发展速度，计划2007年达到年产900吨。 美国Valence公司较早从事聚合物锂电池的生产，在发现磷酸铁锂材料的潜在市场后，于2001年前后开始磷酸铁锂锂电池的产业化生产和销售，并和中国的部分锂离子电池厂家进行合作，以OEM方式生产18650圆柱电池。Valence在中国苏州建设了两个生产基地（威能和威泰），生产磷酸铁锂材料和电池组装。 美国A123公司是以麻省理工学院专利技术-离子掺杂改性磷酸铁锂技术为背景，在获得了GE和Motorola等投资人超过一亿美元的投资后建立的。该公司将产品定位在动力高功率电池方面，而受到市场和投资人的追捧，其发展势头比较迅猛。 2.国内磷酸铁锂电池材料发展现状 国内磷酸铁锂的产业化发展与国际基本同步，目前在性能、产能方面差距并不大，并且成本比国外还低。目前市场上宣称可提供磷酸铁锂材料的厂家超过十家之 多，08年三月份统计有26家电池材料厂在生产或有意向生产，其中天津斯特兰、北大先行、苏州恒正、新乡华鑫等几家企业已进入工业化生产。虽然真正具备供货能力的只为寥寥几家，但表明中国企业抓住了此次锂电池发展机遇，使中国锂电在动力电池的产业化方面走在了世界前列。 二．研究内容 1、LiFePO4的制备。 2、实验电池的组装和测试。 3、LiFePO4的表征。 三.研究方法及技术路线 1.1 LiFePO4 材料制备 原料 Li2CO3、Fe2O3、NH4H2PO、PEG400均 为分析纯。将Li2CO3、Fe2O3、NH4H2PO4 按化学 计量比配料，用乙醇作为介质球磨混合6h，烘干。 量取一定量的PEG400(Fe：C=1：2)与其充分混合。把混合好的原料放人管式炉中，在氮气保护下于680℃下热处理10h，得到最终产物。 1.2 样品表征 用D／max—rB旋转阳极X射线衍射仪对制得的样品进行物相分析，使用CuKa靶(λ=0．15406nm)，管电压40kV，管电流100mA，扫描范围2θ=1O～700，扫描速度 8o／min。用扫描电子显微镜(FE—SEMSirion200)观察样品的表面形貌。 1.3 电化学性能测试 采用自制的材料LiFePO4 作为正极活性物质， 乙炔黑为导电剂，聚四氟乙烯(PVDF)为粘结剂，三者按质量比80：15：5混合。混合均匀后，涂在面积 约1cm2铝片上，于120℃真空干燥 12h。用金属锂片作负极，进 口聚丙烯微孔膜(Celgard2400)作隔膜，1mol／L LiPF6／碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC)(体积比为1：1)的混合溶液作电解液，在充氩气的手套箱中组装成扣式电池。 用BTS一55型电池测试仪测试CR2O32型扣式电池的充放电性能。实验条件为：恒流充放电，充电终止电压4．5V，放电截止电压2．5V。 四. 时间安排 第4-6周 查阅有关资料，写开题报告。 第7-10周 中期进展报告，写作论文。 第11-14周 写作论文，答辩。 五．预期成果 利用PEG作为固相还原制备了LiFePO 正极材料，能够得到单一的橄榄石型4晶体；高温下PEG 的裂解有效地抑制了晶体的生长，形成多孔状的表面结构，材料呈现出良好的循环性能；表明长链的有机物作为新型的碳源在LiFePO4 合成中发挥重要作用；廉价三氧化二铁的应用，为LiFePO4的低成本制备提供了有效方法。 六．参考文献 [1 ]郭炳焜，徐微，王先友，肖立新.锂离子电池[M]，中南大学出版社，2002 [2]吴宇平，戴晓兵，马军旗，程预江.锂离子电池—应用于实践[M]，化学工业出版社，2004 [3 ]吴宇平，万春荣，姜长印. 锂离子二次电池. 化学工业出版社，2002 [4 ]赖春艳，等．[J]．功能材料与器件学报，2006，12(6)：484． [5 ]唐致远，等．[J]．电源技术，2005，29(8)：556． [6]李学良，孟 尧. PEG固相还原制备LiFePO4及材料的电池性能[J].金属功能材料，2010,17（1）：31~33 [7]肖立新,郭炳,李新海.聚合物锂离子电池,[J].电池，2003， 33（2）：110~113 [8] 黄彦瑜，锂电池发展简史[J].2007,36（8）：643~651 [9]谢志刚，锂离子电池正极材料LiFePO4电化学性能[J].应用化学2007, 24（2）:238~240 指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 注：课题类型填写：工程设计、技术开发、软件工程、理论研究等，同时注明X

—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题。

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