摘 要

本课题研究制备纳米尺寸的磷酸铁锂/碳复合材料:将聚乙烯醇 (PVA)的水溶液与磷酸铁锂（LiFePO₄）前驱液均匀混合成溶胶溶液，再通过静电纺丝法与溶胶法制备出纳米尺寸的磷酸铁锂/碳复合丝状材料。分别改变静电纺丝实验中的粘结剂（聚氧化乙烯PEO、聚乙烯吡咯烷酮PVP）与煅烧温度（600℃、650℃、700℃、750℃、800℃）即可获得不同特性的纤维材料。对所获得的样品进行电导率和含碳量测试、倍率性能测试和循环充放电测试，进一步分析不同粘结剂与不同煅烧温度下制备出的材料的不同特性。

关键词：静电纺丝法，磷酸铁锂，纳米结构.

Abstract

The research focus on nano-scale LiFePO₄/C composite material: polyvinyl alcohol (PVA) and an aqueous solution of LiFePO₄ was uniformly mixed into a sol precursor solution, through electrospinning method and a sol-gel method prepared nano-scale LiFePO₄/C composite filamentary material. Change electrospinning experiment binders (PEO, PVP) and a calcination temperature (600 ℃, 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃) to create different characteristics of the fiber material. The obtained sample of conductivity and carbon content of the test, performance test, and rate charge-discharge cycle test, further analysis of the different characteristics of different binders with different calcination temperature of the prepared material.

Keywords: electrospinning, LiFePO₄, nano-structure.

摘要…………………………………………………………………………………Ⅱ

Abstract……………………………………………………………………………Ⅲ

目录…………………………………………………………………………………Ⅳ

第一章 前言………………………………………………………………………2

1.1 能源危机………………………………………………………………………2

1.2 锂离子电池……………………………………………………………………3

1.2.1 锂离子二次电池………………………………………………………3

1.2.2 锂离子二次电池的工作原理…………………………………………4

1.2.3 锂离子二次电池的组成………………………………………………4

1.3 磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料……………………………………………7

1.3.1 更好的正极材料………………………………………………………7

1.3.2 磷酸铁锂材料特性……………………………………………………8

1.4静电纺丝法制备磷酸铁锂……………………………………………………9

1.4.1 静电纺丝………………………………………………………………9

1.4.2 静电纺丝详细工艺…………………………………………………10

1.4.3 静电纺丝参数………………………………………………………10

第二章 实验………………………………………………………………………12

2.1 实验药品列表………………………………………………………………12

2.2 实验仪器……………………………………………………………………13

2.3 正极片的制备………………………………………………………………14

2.4 电池的组装…………………………………………………………………14

2.5 实验方法和步骤……………………………………………………………14

第三章 结果与谈论……………………………………………………………16

3.1 不同粘结剂对制备LiFePO4/C的影响……………………………………16

3.1.1 电导率和含碳量的测试……………………………………………16

3.1.2 倍率性能测试………………………………………………………17

3.2 不同煅烧温度对LiFePO₄/C电化学性能的影响…………………………17

3.2.1 电导率和含碳量的测试……………………………………………18

3.2.2 循环充放电测试……………………………………………………19

第四章 结论………………………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………21

致谢…………………………………………………………………………………24

第一章 前言

1.1 能源危机

在数千年的人类文明历史之中，人类从开始开采石油至今不到两百年，却在这短短两百年间，工业科技发展突飞猛进，到达前所未有的高峰。石化能源涵盖了现今生活中的食衣住行，包括交通运输使用的汽油、柴油，供应家用热能电能的天然气、煤油，塑料制品、身上穿的尼龙纤维等，石化燃料与现代人类生活已密不可分。然而高度依赖石化能源除了带来便利，同时也产生了各种隐忧，其中以加剧气候变迁和全球石化能源蕴藏量最受关注。

气候变迁的原因至今仍无统一定论，其中较主流的解释为人类活动与自然周期共同造成现在的气候变化。自然周期变化包括地球轨道周期，太阳黑子活动或月球引力造成数十年至数万年的气候周期性变化，例如地球轨道偏心周期大约十万年，其近日点及远日点的变化都会影响地球气候，月球引潮力亦有19年变化周期。由于缺乏长期气候纪录，难以将目前气候异常归因于单一因素。

然而近代人类开采石油加剧了气候变化，据科学家观测，一万年前全球大气平均二氧化碳含量约为250ppm(百万分之一)，到了公元1800年增加了12% (280 ppm)，时至2011年，全球二氧化碳含量再次增长了40%以上（393 ppm），也就是说在过去两百年内全球二氧化碳的含量变化远超过去一万年间的变化。人类快速消耗石化能源的同时，也将大量二氧化碳自地底释放于空气之中。二氧化碳浓度增加导致温室效应加重，进而造成了极地冰原融化、世界洋流改变、沙漠化现象扩大等全球效应。近年来世界各地出现的各种极端气候一再加深人们对气候变迁的认识，2009年联合国在丹麦的哥本哈根举办气候变迁会议，共同讨论气候变迁的应对策略，会后各国纷纷针对二氧化碳排放量做出限制并积极开发石化燃料之外的替代能源。

石化能源的另一隐忧为全球石油储藏量。石油的形成是由古代海洋生物死亡之后随泥沙一起沉至海底，经过漫长时间之后，有机物掩埋于层层沙石之下同时被厌氧分解，经过地层内高温高压的作用之后，这些有机物终于转变为粘稠、深褐色的石油。其整体转化时间历时超过百万年。然而自人类开始使用石化能源以来的两百年间，已将全球石油储藏量大量消耗，研究指出，全球石油蕴藏量仅能再供应人类使用50至100年左右。

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