磷酸铁锂碳源研究进展课件

包包 覆覆 改改 性性 磷磷 酸酸 铁铁 锂锂 正正 极极 材材 料料 的的 碳碳 源源 研研 究究 进进 展展2019年度电池材料学术年会包覆改性磷酸铁锂正极材料的碳源1目录目录010203前言碳源的研究进展结论目录010203前言碳源的研究进展结论2前言前言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。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341前言电机电池电池电控新能源汽车1前言电机电池电控新能源汽车51前言正极隔膜负极成成本本锂离子电池1前言正极隔膜负极成本锂离子电池61前言 磷酸铁锂磷酸铁锂锰酸锂锰酸锂钴酸锂钴酸锂镍酸锂镍酸锂镍钴锰三元材料镍钴锰三元材料材料主成分材料主成分LiFePO4LiMn2O4LiMnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2理论能量密度理论能量密度（mAh/gmAh/g）170148286274274278实际能量密度实际能量密度（mAh/gmAh/g）130-140100-120200135-140190-210155-165电压（电压（V V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5循环性（次）循环性（次）2000500差300差800过渡金属过渡金属非常丰富丰富丰富贫乏丰富贫乏环保性环保性无毒无毒无毒钴有放射性镍有毒钴、镍有毒安全性能安全性能好良好良好差差尚好适用温度（适用温度（）-207550快速衰减高温不稳定-2055N/A-20551前言磷酸铁锂锰酸锂钴酸锂镍酸锂镍钴锰三元材料材料主成分L71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前言磷酸铁锂缺点电子导电率锂离子扩散系数差限制了该材81前言覆碳包提高了材料的导电性使得材料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1前言覆碳包提高了材料的导电性使得材料拥有较小的粒径增大了材碳源的研究进展碳源的研究进展02n炭黑n乙炔黑n碳纳米管n石墨烯n葡萄糖n柠檬酸n蔗糖n高分子聚合物碳源的研究进展02炭黑乙炔黑碳纳米管石墨烯葡萄糖柠檬酸蔗糖高9102碳源的研究进展碳碳源源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碳源的研究进展碳源蔗糖炭黑乙炔黑碳纳米管石墨烯葡萄糖柠檬酸112碳源的研究进展无机碳源HoChulShin1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】ShinHC，ChoWI，JangH.Electrochemicalpropertiesofcarbon-coatedLiFePO4cathodeusinggraphite,carbonblack,andacetyleneblackJ.ElectrochimicaActa,2006,52(4):1472-1476.JinB2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】JinB，GuHB，ZhangWX，etal.EffectofdifferentcarbonconductiveadditivesonelectrochemicalpropertiesofLiFePO4/C/LibatteriesJ.JournalofSolidStateElectrochemistry,2008,12(12):1549-1554.FatemehFathollahi3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】FathollahiF，JavanbakhtM，OmidvarH，etal.ImprovedelectrochemicalpropertiesofLiFePO4/graphenecathodenanocompositepreparedbyone-stephydrothermalmethodJ.JournalofAlloysandCompounds,2015,627:146-152.2碳源的研究进展无机碳源HoChulShin1通过机12有机有机碳源碳源无机无机碳源碳源2碳源的研究进展有机有机碳源碳源无机无机碳源碳源有机碳源无机碳源2碳源的研究进展有机碳源无机碳源132碳源的研究进展蔗糖蔗蔗糖糖C12H22O11WangKe4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得到了高性能的磷酸铁锂正极材料。4WangK，CaiR，YuanT，etal.Processinvestigation,electrochemicalcharacterizationandoptimizationofLiFePO4/CcompositefrommechanicalactivationusingsucroseascarbonsourceJ.ElectrochimicaActa,2009,54(10):2861-2868.0.1C0.1C 174mAh/g174mAh/g20C20C117mAh/g117mAh/gYoshihiroKadoma5以LiNO3H2O，Fe(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，很好的电化学性能，0.1C159mAh/g0.1C159mAh/g【5】KadomaY，KimJ-M，AbikoK，etal.OptimizationofelectrochemicalpropertiesofLiFePO4/CpreparedbyanaqueoussolutionmethodusingsucroseJ.ElectrochimicaActa,2010,55(3):1034-1041.2碳源的研究进展蔗糖蔗糖C12H22O11Wang142碳源的研究进展葡萄糖葡萄糖葡萄糖C6H12O6KerunYang6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】YangKR，DengZH，SuoJS.SynthesisandcharacterizationofLiFePO4andLiFePO4/CcathodematerialfromlithiumcarboxylicacidandFe3+J.JournalofPowerSources,2012,201:274-279.0.1C0.1C，1C1C，10C10C下的放电比容量分别为下的放电比容量分别为162162，142142以及以及112mAh/g112mAh/g，100100个循环后容量只有很小的衰减个循环后容量只有很小的衰减LiJing7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】LiJ，ZhangL，ZhangLF，etal.In-situgrowthofgraphenedecorationsforhigh-performanceLiFePO4cathodethroughsolid-statereactionJ.JournalofPowerSources,2014,249:311-319.0.1C0.1C 167.7mAh/g167.7mAh/g100C100C94.3mAh/g94.3mAh/g2碳源的研究进展葡萄糖葡萄糖C6H12O6KerunYan152碳源的研究进展柠檬酸柠檬酸柠檬酸C6H8O7【8】ZhangY，FengH，WuXB，etal.One-stepmicrowavesynthesisandcharacterizationofcarbon-modifiednanocrystallineLiFePO4J.ElectrochimicaActa,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。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。0.1C0.1C 153mAh/g153mAh/g10C10C120mAh/g120mAh/g2碳源的研究进展柠檬酸柠檬酸C6H8O7【8】ZhangY162碳源的研究进展其他有机碳源LvYiju9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正极材料该材料在该材料在10C10C下的放电比容量为下的放电比容量为123mAh/g123mAh/g，并且，并且100100个循环后没有容量衰减。个循环后没有容量衰减。LiJianlong10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。该材料在该材料在0.2C0.2C，0.5C0.5C，1C1C，2C2C，5C5C，10C10C下的放电比容量分别为下的放电比容量分别为155mAh/g155mAh/g，154mAh/g154mAh/g，151mAh/g151mAh/g，148mAh/g148mAh/g，140mAh/g140mAh/g以及以及130mAh/g130mAh/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，在该材料的结晶度高，缺陷少，在10C10C、30C30C下的放电比容量分别达到下的放电比容量分别达到132.2mAh/g132.2mAh/g和和113.3mAh/g113.3mAh/g。9LvYJ，LongYF，SuJ，etal.Synthesisofbowl-likemesoporousLiFePO4/CcompositesascathodematerialsforlithiumionbatteriesJ.ElectrochimicaActa,2014,119(0):155-163.10LiJL，WuJH，WangY，etal.SynthesisofLiFePO4/CcompositewithhighratecapabilityusingsphenisciditeasafacileprecursorJ.MaterialsLetters,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:103904325,2014-03-21.2碳源的研究进展其他有机碳源LvYiju9采用电池级结论结论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。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17183结论碳包覆电化学性能碳源优碳源结构性能和成本有机碳源3结论碳包覆电化学性能碳源优碳源结构性能和成本有机碳源193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0102033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谢谢谢谢您您的的观观看看2019年度电池材料学术年会谢谢您的观看201920pMrUkz16l7zcvbm,mrtdpMrUkz16l7zcvbm,mrtdpMrUkz16l7zcvbm,mrtdpMrUkz16l7zcvbm,mrtdpMrUkz16l7zcvbm,mrtdpMrUkz16l721