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摘 要

本课题概述了锂离子电池的结构和工作原理，对其发展现状进行了评述，并简单介绍了静电纺丝技术的流程，用静电纺丝法制备出LiFePO4来作为电池的正极片并进行了电池的组装实验。不同的烧结温度条件下制备出不同的材料，通过扫描电子显微镜和X射线衍射衍射仪表征LiFePO4的微观结构，测量出不同材料的电导率和碳含量，对组装好的电池进行不同倍率下的循环充放电测试，得出在750℃的烧结条件下电池的循环性能最好、比容量最大。

关键词：锂离子电池 正极材料 静电纺丝 LiFePO4

The impact of sintering temperature on the microstructure of LiFePO4 produced by electro-spinning technique

Abstract

The lithium ion battery, widely used in portable electronic products, has the advantages of high voltage and specific capacity, long cycling life, good rate capability, no memory effect and environmental-friendly and other advantages. With the progress of science and technology, lithium ion battery has a bright application prospect in the next few years. Olivine-structured LiFePO4 is considered to be the most potential cathode material due to its good safety performance and low cost. At the same time, what limited its wide application is its low electronic conductivity and low lithium ion diffusion rate. Electrospinning technology is a new type of nanometer fiber preparation technology, which is used to improve the electrochemical performance of lithium iron phosphate and other poly anion cathode materials. In this paper, we research the impact of sintering temperature on the microstructure of LiFePO4 produced by electro-spinning technique. And the appropriate sintering temperature condition is about 750 degrees

Key words： lithium ion battery； cathode material； electrospinning； LiFePO4

目录

第1章 绪论………………………………………………………………………………1

1.1 课题背景与意义…………………………………………………………………1

1.2 锂离子电池简介…………………………………………………………………2

1.2.1锂离子电池的发展历史……………………………………………………2

1.2.2锂离子电池的结构和工作原理……………………………………………3

1.3 静电纺丝法概述…………………………………………………………………3

第2章 实验材料与分析方法……………………………………………………………5

2.1 实验材料与仪器…………………………………………………………………5

2.2 物理测试…………………………………………………………………………6

2.2.1扫描电子显微镜……………………………………………………………6

2.2.2 X射线衍射…………………………………………………………………7

2.2.3电导率测量…………………………………………………………………7

2.2.4碳含量的测量………………………………………………………………8

2.2.5充放电测试…………………………………………………………………8

2.2.6循环伏安法(CV)……………………………………………………………8

2.2.7交流阻抗(EIS)………………………………………………………………8

2.3电极片的制备以及电池组装………………………………………………………9

2.3.1 正极片的制备………………………………………………………………9

2.3.2 电池的组装…………………………………………………………………9

第3章 静电纺丝法制备LiFePO4正极材料及性能分析………………………………10

3.1实验流程与步骤……………………………………………………………………10

3.1.1不同烧结温度下LiFePO4材料的制备……………………………………10

3.1.2 LiFePO4 材料的电导率和含碳量的测试…………………………………10

3.1.3 不同温度烧结 LiFePO4材料的XRD测试结果…………………………11

3.1.4 SEM测试……………………………………………………………………12

3.1.5 循环充放电测试……………………………………………………………13

3.1.6 交流阻抗谱…………………………………………………………………14

3.2本章小结……………………………………………………………………………15

结论 …………………………………………………………………………………………16

参考文献 ……………………………………………………………………………………17

致谢 …………………………………………………………………………………………19

第1章 绪论

1.1课题背景与意义

随着全球性的环境污染问题和世界范围内的能源短缺危机问题的日益加剧，清洁绿色的能源越来越受到人们的青睐。当下人们对于能源的环保性的要求越来越高，有越来越多的人参与研究可再生的新能源，来减弱对煤炭、石油等不可再生的化石能源的依赖性，从而缓和因使用传统化石燃料带来的大气污染和温室效应。开发新能源已然成为现在科技发展的重头戏，但是像太阳能、风能和潮汐能这些新型能源皆具有的问题是使用时间不固定以及在空间上无法达到集中，因而使用这种类型的能源都需要通过一定的储能系统来进行辅助。而核能虽然能够提供连续稳定的能源，但是在安全环保方面不能够保证，这是限制其发展的最大阻碍。因此为了更好的解决能源问题，为了更好的利用新型能源，都需要转化成电能来进行储存。这就要通过电池这种简单的储能系统来进行能量的转换。因此近年类许多人一直在研究高性能电池，有一些科研人员主攻镍镉和镍氢电池方向，还有一些人主要研究锂离子电池的相关性能。

而随着科技的发展，形形色色的电子产品皆有着便携化的趋势，尤其是可穿戴设备以及VR在近年来的火爆发展，这些都对要求电池具有更好的续航等性能。与此同时，国内外的研究者们重点研发动力电池，期望在国防、交通和军事等方面进一步拓展。正是在这种社会大环境之下，锂离子电池由于具备许多优点在不同种类的电池中脱颖而出，许多国家都利用各种资源和优势来推动其发展。目前主流的研究是改善电池的性能以及降低电极材料的成本。LiFePO4做锂离子电池正极材料是目前的火热题材。磷酸盐系的正极材料其优点有很多，比如使用安全性高、电池容量大等。但是这类材料基本都具有Li 扩散能力较差和电子传导速率差的缺陷。有相关研究结果证明：缩小LiFePO4颗粒的尺寸、进行金属离子掺杂和加入一定的导电剂是提高LiFePO4导电性能的有效方法[1-4]。从目前来看，对磷酸盐进行纳米化处理或碳包覆化是相对有效的提升锂离子电池性能的手段。

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