磷酸鐵鋰納米纖維正極材料的靜電紡絲法制備、改性及電化學性能研究.pdf

1、隨著風光發(fā)電、智能電網(wǎng)、電動汽車等技術(shù)的發(fā)展，能快速充放電的儲能裝置成為這些新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。正極材料一直是影響鋰離子電池在上述領(lǐng)域廣泛應用的關(guān)鍵問題之一。磷酸鐵鋰作為目前最具潛力的鋰電正極材料之一，受到了廣泛的關(guān)注。但其固有的電導率低的缺陷，使磷酸鐵鋰的倍率性能難以滿足實際要求。本論文結(jié)合靜電紡絲法和熱處理技術(shù)分別制備了磷酸鐵鋰/碳納米纖維(LiFePO4/C)復合正極材料和新型結(jié)構(gòu)的LiFePO4/Ni纖維復合正極材料，同時對材料

2、的理化特性進行了表征和測試。主要研究內(nèi)容與取得的結(jié)果如下：
　　（1）采用靜電紡絲法制備了LiFePO4/C復合正極材料，探索了紡絲工藝參數(shù)和熱處理條件對纖維結(jié)構(gòu)、形貌和電化學性能的影響。發(fā)現(xiàn)：按DMF:PAN=9:1配制紡絲前驅(qū)液，紡絲電壓為25 kV，接收距離固定為15 cm，推進料速度為6 ml/h，輥筒轉(zhuǎn)速為200 r/min時，電紡纖維均勻、連續(xù)，纖維膜形貌良好；經(jīng)過280℃空氣預氧化2小時，在氮氣氣氛下，以2℃·min

3、-1的速率加熱至750℃碳化10小時后，得到了純度較高的LiFePO4/C復合材料，并保持了良好的纖維形貌和膜結(jié)構(gòu)，可作為自支撐正極材料直接裁剪為電極。以此電極組裝的紐扣電池顯示了較好的充放電倍率和循環(huán)性能，電池在0.1 C、0.5 C、1 C、3 C和5 C倍率下放電容量分別穩(wěn)定在116、109、103、91和79 mAh g-1，5 C倍率下循環(huán)500圈，放電容量保有75 mAh g-1左右，容量保持率為88.2％。
　　（2

4、）通過機械混合法制備了磷酸鐵鋰/鎳纖維復合正極材料。發(fā)現(xiàn)：當Ni含量在10%時，LiFePO4/Ni復合材料顯示了良好的電化學特性，1 C循環(huán)首次放電比容量131.1 mAh g-1，循環(huán)100次后保有119.8 mAh g-1的容量。鎳纖維作為導電劑添加到磷酸鐵鋰材料后，有效提高材料的電子導電性，并對其電化學性能有了明顯的改善。
　?。?）分別運用同軸及分層靜電紡絲方法探索制備了新型結(jié)構(gòu)的LiFePO4/Ni復合纖維正極材料。發(fā)

5、現(xiàn)：同軸復合的LiFePO4/Ni纖維復合材料在氮氣氣氛750℃-10 h煅燒后，LiFePO4、Ni兩相沒有發(fā)生化學反應，而是LiFePO4、Ni和無定型碳三相共存。自支撐電極在1 C倍率下初始容量110.2 mAh g-1，循環(huán)5000圈后，容量保持率高達75.56%。而經(jīng)過分層靜電紡絲工藝處理后的LiFePO4/Ni/LiFePO4三層結(jié)構(gòu)復合纖維具有相對好的循環(huán)和倍率性能，在1 C倍率下初始容量49.8 mAh g-1，經(jīng)過10