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锂离子电池是功能材料和电化学学科在能量存储领域研发成功的应用例子之一。随着应用领域的不断拓展,对锂离子电池的容量、功率和安全性能的要求越来越高。锂离子电池性能的改善主要取决于正、负极材料能量密度和循环寿命。目前锂离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料的理论比容量较低(石墨为372mAh/g),开发新型的负极材料已成为当前的研究热点。另外,随着当今能源的紧张,能源消耗大户-汽车行业也随之开始发展新能源汽车-电动车或混合电动车。磷酸铁锂电池因为其安全,环保,低廉,长寿命,大容量的诸多优点而逐渐受到人们的重视,其最终将逐步取代铅酸动力电池,目前已经是新能源领域的投资热点。因此磷酸铁锂材料的应用研究也成为当前的研究重点。
本文以锂离子电池负极材料NiO/MWCNTS,CoS2和NiS为研究体系,对其合成,改性和电化学性质等方面进行了研究和探讨,同时对磷酸铁锂材料在动力电池中的应用也进行了初步研究。详细内容如下:
(1)通过沉淀法合成纳米NiO,将其通过超声波振荡法分散包覆在经过酸处理的多壁碳纳米管表面上,经过高温后得到NiO/多壁碳纳米管(MWCNTS)复合材料。对其进行了结构表征和电化学性能研究,结果表明:目标产物为纯NiO和MWCNTS的复合,NiO颗粒大小为20nm左右,当NiO含量为55%时,该复合材料30次循环后放电容量能维持在820mAh·g-1以上,远高于纯化后的碳纳米管,显示了优异的循环性能。
(2)利用水热法,以六水合氯化钴(CoCl2·6H2O,纯度99%)、各种硫源为反应物,PVP作分散剂,去离子水为溶剂合成了具有黄铁矿结构的CoS2纳米粉体,电化学性能测试结果表明,CoS2在锂离子电池负极材料领域有一定的研究价值,由于其电压平台较高,作为正极材料亦可,值得深入研究。
(3)采用水热法合成了NiS。在水热法中,以六水氯化镍和硫脲为原料,PVP为模板剂,制得了NiS纳米棒,同样条件下,以PEG作模板剂,没有棒生成,电化学性能测试表明:以PVP为模板剂制得的NiS纳米棒循环性能更好,第10个循环后容量保持在450mAh·g-1左右,有进一步研究的价值。
(4)采用流变相法合成C包覆的LiFePO4。C包覆在LiFePO4表面,有效地改善了材料的导电性。另外通过外购的磷酸铁锂材料进行实验,经过涂布和辊压均能够达到工艺所要求的面密度和压实密度,最后组装成3.2V,10Ah的成品电池进行测试,容量,电压,内阻均能达到设计要求,说明该工艺有很好的实际应用价值。